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[系统运维]Linux资料学习笔记-Linux驱动开发篇-Linux设备树 |
目录 ? ? ? ? ? 4、#address-cells和#size-cells属性 ? ? ? 前面章节中我们多次提到“设备树”这个概念,因为时机未到,所以当时并没有详细的讲解什么 ? ? ? 是“设备树”,本章我们就来详细的谈一谈设备树。 ? ? ? 掌握设备树是Linux驱动开发人员必备的技能!因为在新版本的Linux中,ARM相关的驱动全部 ? ? ? 采用了设备树(也有支持老式驱动的,比较少),最新出的CPU其驱动开发也基本都是基于设备 ? ? ? 树的,比如ST新出的STM32MP157、NXP的I.MX8系列等。我们所使用的Linux版本为 ? ? ? 4.1.15,其支持设备树,所以正点原子I.MX6U-ALPHA开发板的所有Linux驱动都是基于设备树 ? ? ? 的。 ? ? ? 本章我们就来了解一下设备树的起源、重点学习一下设备树语法。 1.什么是设备树?? ? ? 设备树(DeviceTree),将这个词分开就是“设备”和“树”,描述设备树的文件叫做 ? ? ? DTS(DeviceTreeSource),这个DTS文件采用树形结构描述板级设备,也就是开发板上的设备 ? ? ? 信息,比如CPU数量、内存基地址、IIC接口上接了哪些设备、SPI接口上接了哪些设备等等, ? ? ? 如图1所示: 图1?设备树结构示意图 ? ? ? 在图1中,树的主干就是系统总线,IIC控制器、GPIO控制器、SPI控制器等都是接到系统主线 ? ? ? 上的分支。IIC控制器有分为IIC1和IIC2两种,其中IIC1上接了FT5206和AT24C02这两个IIC设 ? ? ? 备,IIC2上只接了MPU6050这个设备。 ? ? ? DTS文件的主要功能就是按照图1所示的结构来描述板子上的设备信息,DTS文件描述设备信 ? ? ? 息是有相应的语法规则要求的,稍后我们会详细的讲解DTS语法规则。 ? ? ? 在3.x版本(具体哪个版本笔者也无从考证)以前的Linux内核中ARM架构并没有采用设备树。在 ? ? ? 没有设备树的时候Linux是如何描述ARM架构中的板级信息呢?在Linux内核源码中大量的 ? ? ? arch/arm/mach-xxx和arch/arm/plat-xxx文件夹,这些文件夹里面的文件就是对应平台下的板级 ? ? ? 信息。比如在arch/arm/mach-smdk2440.c中有如下内容(有缩减):
? ? ??上述代码中的结构体变量smdk2440_fb_info就是描述SMDK2440这个开发板上的LCD信息的, ? ? ? 结构体指针数组smdk2440_devices描述的SMDK2440这个开发板上的所有平台相关信息。这 ? ? ? 个仅仅是使用2440这个芯片的SMDK2440开发板下的LCD信息,SMDK2440开发板还有很多的 ? ? ? 其他外设硬件和平台硬件信息。使用2440这个芯片的板子有很多,每个板子都有描述相应板级 ? ? ? 信息的文件,这仅仅只是一个2440。 ? ? ? 随着智能手机的发展,每年新出的ARM架构芯片少说都在数十、数百款,Linux内核下板级信 ? ? ? 息文件将会成指数级增长!这些板级信息文件都是.c或.h文件,都会被硬编码进Linux内核中, ? ? ? 导致Linux内核“虚胖”。就好比你喜欢吃自助餐,然后花了100多到一家宣传看着很不错的自助 ? ? ? 餐厅,结果你想吃的牛排、海鲜、烤肉基本没多少,全都是一些凉菜、炒面、西瓜、饮料等小 ? ? ? 吃,相信你此时肯定会脱口而出一句“F*k!”、“骗子!”。 ? ? ? 同样的,当Linux之父linus看到ARM社区向Linux内核添加了大量“无用”、冗余的板级信息文 ? ? ? 件,不禁的发出了一句“This whole ARM thing is a f*cking pain in the ass”。从此以后ARM ? ? ? 社区就引入了PowerPC等架构已经采用的设备树(FlattenedDeviceTree),将这些描述板级硬件 ? ? ? 信息的内容都从Linux内中分离开来,用一个专属的文件格式来描述,这个专属的文件就叫做设 ? ? ? 备树,文件扩展名为.dts。 ? ? ? 一个SOC可以作出很多不同的板子,这些不同的板子肯定是有共同的信息,将这些共同的信息 ? ? ? 提取出来作为一个通用的文件,其他的.dts文件直接引用这个通用文件即可,这个通用文件就 ? ? ? 是.dtsi文件,类似于C语言中的头文件。 ? ? ? 一般.dts描述板级信息(也就是开发板上有哪些IIC设备、SPI设备等),.dtsi描述SOC级信息(也 ? ? ? 就是SOC有几个CPU、主频是多少、各个外设控制器信息等)。 ? ? ? 这个就是设备树的由来,简而言之就是,Linux内核中ARM架构下有太多的冗余的垃圾板级信 ? ? ? 息文件,导致linus震怒,然后ARM社区引入了设备树。 2.DTS、DTB和DTC? ? ? 上一小节说了,设备树源文件扩展名为.dts,但是我们在前面移植Linux的时候却一直在使 ? ? ? 用.dtb文件,那么DTS和DTB这两个文件是什么关系呢? ? ? ? DTS是设备树源码文件,DTB是将DTS编译以后得到的二进制文件。将.c文件编译为.o需要用 ? ? ? 到gcc编译器,那么将.dts编译为.dtb需要什么工具呢?需要用到DTC工具!DTC工具源码在 ? ? ? Linux内核的scripts/dtc目录下,scripts/dtc/Makefile文件内容如下:
? ? ??可以看出,DTC工具依赖于dtc.c、flattree.c、fstree.c等文件,最终编译并链接出DTC这个主机 ? ? ? 文件。如果要编译DTS文件的话只需要进入到Linux源码根目录下,然后执行如下命令:
? ? ? 或者:
? ? ??“make all”命令是编译Linux源码中的所有东西,包括zImage,.ko驱动模块以及设备树,如果只 ? ? ? 是编译设备树的话建议使用“make dtbs”命令。 ? ? ? 基于ARM架构的SOC有很多种,一种SOC又可以制作出很多款板子,每个板子都有一个对应 ? ? ? 的DTS文件,那么如何确定编译哪一个DTS文件呢?我们就以I.MX6ULL这款芯片对应的板子为 ? ? ? 例来看一下,打开arch/arm/boot/dts/Makefile,有如下内容:
? ? ??可以看出,当选中I.MX6ULL这个SOC以后(CONFIG_SOC_IMX6ULL=y),所有使用到 ? ? ? I.MX6ULL这个SOC的板子对应的.dts文件都会被编译为.dtb。如果我们使用I.MX6ULL新做了一 ? ? ? 个板子,只需要新建一个此板子对应的.dts文件,然后将对应的.dtb文件名添加到 ? ? ? dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6ULL)下,这样在编译设备树的时候就会将对应的.dts编译为二进制 ? ? ? 的.dtb文件。 3.DTS语法? ? ? 虽然我们基本上不会从头到尾重写一个.dts文件,大多时候是直接在SOC厂商提供的.dts文件上 ? ? ? 进行修改。但是DTS文件语法我们还是需要详细的学习一遍,因为我们肯定需要修改.dts文 ? ? ? 件。大家不要看到要学习新的语法就觉得会很复杂,DTS语法非常的人性化,是一种ASCII文 ? ? ? 本文件,不管是阅读还是修改都很方便。 ? ? ? 本节我们就以imx6ull-alientek-emmc.dts这个文件为例来讲解一下DTS语法。关于设备树详细 ? ? ? 的语法规则请参考《DevicetreeSpecificationV0.2.pdf》和 ? ? ?《Power_ePAPR_APPROVED_v1.12.pdf》这两份文档。 ? ? 1).dtsi头文件? ? ? ? ? ? ? 和C语言一样,设备树也支持头文件,设备树的头文件扩展名为.dtsi。在imx6ull-alientek- ? ? ? ? ? ? ? emmc.dts中有如下所示内容:
? ? ? ? ? ? ? 第12行,使用“#include”来引用“input.h”这个.h头文件。 ? ? ? ? ? ? ? 第13行,使用“#include”来引用“imx6ull.dtsi”这个.dtsi头文件。 ? ? ? ? ? ? ? 看到这里,大家可能会疑惑,不是说设备树的扩展名是.dtsi吗?为什么也可以直接引用C ? ? ? ? ? ? ? 语言中的.h头文件呢?这里并没有错,.dts文件引用C语言中的.h文件,甚至也可以引 ? ? ? ? ? ? ? 用.dts文件,打开imx6ull-14x14-evk-gpmi-weim.dts这个文件,此文件中有如下内容:
? ? ? ? ? ? ?可以看出,以上代码中直接引用了.dts文件,因此在.dts设备树文件中,可以通过 ? ? ? ? ? ? ? “#include”来引用.h、.dtsi和.dts文件。只是,我们在编写设备树头文件的时候最好选 ? ? ? ? ? ? ? 择.dtsi后缀。 ? ? ? ? ? ? ? 一般.dtsi文件用于描述SOC的内部外设信息,比如CPU架构、主频、外设寄存器地址范 ? ? ? ? ? ? ? 围,比如UART、IIC等等。比如imx6ull.dtsi就是描述I.MX6ULL这颗SOC内部外设情况信 ? ? ? ? ? ? ? 息的,内容如下:
? ? ? ? ? ? ?以上代码中第54~89行就是cpu0这个设备节点信息,这个节点信息描述了I.MX6ULL这颗 ? ? ? ? ? ? ?SOC所使用的CPU信息,比如架构是cortex-A7,频率支持996MHz、792MHz、 ? ? ? ? ? ? ?528MHz、396MHz和198MHz等等。在imx6ull.dtsi文件中不仅仅描述了cpu0这一个节点信 ? ? ? ? ? ? ?息,I.MX6ULL这颗SOC所有的外设都描述的清清楚楚,比如ecspi1~4、uart1~8、 ? ? ? ? ? ? ?usbphy1~2、i2c1~4等等,关于这些设备节点信息的具体内容我们稍后在详细的讲解。 ? ? 2)设备节点? ? ? ? ? ? ? 设备树是采用树形结构来描述板子上的设备信息的文件,每个设备都是一个节点,叫做设 ? ? ? ? ? ? ? 备节点,每个节点都通过一些属性信息来描述节点信息,属性就是键值对。以下是从 ? ? ? ? ? ? ? imx6ull.dtsi文件中缩减出来的设备树文件内容:
? ? ? ? ? ? ? 第1行,“/”是根节点,每个设备树文件只有一个根节点。细心的同学应该会发现, ? ? ? ? ? ? ? imx6ull.dtsi和imx6ull-alientek-emmc.dts这两个文件都有一个“/”根节点,这样不会出错 ? ? ? ? ? ? ? 吗?不会的,因为这两个“/”根节点的内容会合并成一个根节点。 ? ? ? ? ? ? ? 第2、6和17行,aliases、cpus和intc是三个子节点,在设备树中节点命名格式如下:
? ? ? ? ? ? ? 其中“node-name”是节点名字,为ASCII字符串,节点名字应该能够清晰的描述出节点的 ? ? ? ? ? ? ? 功能,比如“uart1”就表示这个节点是UART1外设。“unit-address”一般表示设备的地址或 ? ? ? ? ? ? ? 寄存器首地址,如果某个节点没有地址或者寄存器的话“unit-address”可以不要,比如 ? ? ? ? ? ? ? “cpu@0”、“interrupt-controller@00a01000”。 ? ? ? ? ? ? ? 但是我们在以上代码中我们看到的节点命名却如下所示:
? ? ? ? ? ? ? 上述命令并不是“node-name@unit-address”这样的格式,而是用“:”隔开成了两部分, ? ? ? ? ? ? ? ?“:”前面的是节点标签(label),“:”后面的才是节点名字,格式如下所示:
? ? ? ? ? ? ??引入label的目的就是为了方便访问节点,可以直接通过&label来访问这个节点,比如通过 ? ? ? ? ? ? ? &cpu0就可以访问“cpu@0”这个节点,而不需要输入完整的节点名字。再比如节点 ? ? ? ? ? ? ? “intc:interrupt-controller@00a01000”,节点label是intc,而节点名字就很长了,为 ? ? ? ? ? ? ? ?“interrupt-controller@00a01000”。很明显通过&intc来访问“interrupt- ? ? ? ? ? ? ? controller@00a01000”这个节点要方便很多! ? ? ? ? ? ? ? 第10行,cpu0也是一个节点,只是cpu0是cpus的子节点。 ? ? ? ? ? ? ? 每个节点都有不同属性,不同的属性又有不同的内容,属性都是键值对,值可以为空或任 ? ? ? ? ? ? ? 意的字节流。设备树源码中常用的几种数据形式如下所示: ? ? ? ? ? ? ? 1.字符串
? ? ? ? ? ? ? 2.32位无符号整数
? ? ? ? ? ? ? ? ? 上述代码设置reg属性的值为0,reg的值也可以设置为一组值,比如:
? ? ? ? ? ? ? 3.字符串列表 ? ? ? ? ? ? ? ? ?属性值也可以为字符串列表,字符串和字符串之间采用“,”隔开,如下所示:
? ? ? ? ? ? ? ? ?上述代码设置属性compatible的值为“fsl,imx6ull-gpmi-nand”和“fsl,imx6ul-gpmi-nand”。 ? ? 3)标准属性? ? ? ? ? ? ? ?节点是由一堆的属性组成,节点都是具体的设备,不同的设备需要的属性不同,用户可 ? ? ? ? ? ? ? ?以自定义属性。除了用户自定义属性,有很多属性是标准属性,Linux下的很多外设驱动 ? ? ? ? ? ? ? ?都会使用这些标准属性,本节我们就来学习一下几个常用的标准属性。 ? ? ? ? ? 1、compatible属性? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? compatible属性也叫做“兼容性”属性,这是非常重要的一个属性!compatible属性的 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 值是一个字符串列表,compatible属性用于将设备和驱动绑定起来。字符串列表用于 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 选择设备所要使用的驱动程序,compatible属性的值格式如下所示:
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?其中manufacturer表示厂商,model一般是模块对应的驱动名字。比如imx6ull- ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?alientek-emmc.dts中sound节点是I.MX6U-ALPHA开发板的音频设备节点,I.MX6U- ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?ALPHA开发板上的音频芯片采用的欧胜(WOLFSON)出品的WM8960,sound节点的 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?compatible属性值如下:
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?属性值有两个,分别为“fsl,imx6ul-evk-wm8960”和“fsl,imx-audio-wm8960”,其中“fsl” ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?表示厂商是飞思卡尔,“imx6ul-evk-wm8960”和“imx-audio-wm8960”表示驱动模块名 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?字。sound这个设备首先使用第一个兼容值在Linux内核里面查找,看看能不能找到与 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?之匹配的驱动文件,如果没有找到的话就使用第二个兼容值查。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?一般驱动程序文件都会有一个OF匹配表,此OF匹配表保存着一些compatible值,如 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?果设备节点的compatible属性值和OF匹配表中的任何一个值相等,那么就表示设备可 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?以使用这个驱动。比如在文件imx-wm8960.c中有如下内容:
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 第632~635行的数组imx_wm8960_dt_ids就是imx-wm8960.c这个驱动文件的匹配 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 表,此匹配表只有一个匹配值“fsl,imx-audio-wm8960”。如果在设备树中有哪个节点 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 的compatible属性值与此相等,那么这个节点就会使用此驱动文件。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 第642行,wm8960采用了platform_driver驱动模式,关于platform_driver驱动后面会 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 讲解。此行设置.of_match_table为imx_wm8960_dt_ids,也就是设置这个 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? platform_driver所使用的OF匹配表。 ? ? ? ? ? 2、model属性? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? model属性值也是一个字符串,一般model属性描述设备模块信息,比如名字什么 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?的,比如:
? ? ? ? ? 3、status属性? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? status属性看名字就知道是和设备状态有关的,status属性值也是字符串,字符串是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 设备的状态信息,可选的状态如图2所示: 图2?status属性值表 ? ? ? ? ? 4、#address-cells和#size-cells属性? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 这两个属性的值都是无符号32位整形,#address-cells和#size-cells这两个属性可以 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 用在任何拥有子节点的设备中,用于描述子节点的地址信息。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? #address-cells属性值决定了子节点reg属性中地址信息所占用的字长(32位), ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? #size-cells属性值决定了子节点reg属性中长度信息所占的字长(32位)。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? #address-cells和#size-cells表明了子节点应该如何编写reg属性值,一般reg属性都是 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 和地址有关的内容,和地址相关的信息有两种:起始地址和地址长度,reg属性的格 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 式为:
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 每个“address length”组合表示一个地址范围,其中address是起始地址,length是地 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 址长度,#address-cells表明address这个数据所占用的字长,#size-cells表明length ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 这个数据所占用的字长,比如:
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 第3,4行,节点spi4的#address-cells=<1>,#size-cells=<0>,说明spi4的子节点reg ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?属性中起始地址所占用的字长为1,地址长度所占用的字长为0。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 第8行,子节点gpio_spi:gpio_spi@0的reg属性值为<0>,因为父节点设置了 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?#address-cells=<1>,#size-cells=<0>,因此addres=0,没有length的值, ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?相当于设置了起始地址,而没有设置地址长度。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 第14,15行,设置aips3:aips-bus@02200000节点#address-cells=<1>,#size- ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?cells=<1>,说明aips3:aips-bus@02200000节点起始地址长度所占用 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 的字长为1,地址长度所占用的字长也为1。 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?第19行,子节点dcp:dcp@02280000的reg属性值为<0x02280000 0x4000>,因为 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 父节点设置了#address-cells=<1>,#size-cells=<1>, ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? address=0x02280000,length=0x4000,相当于设置了起始地址为 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?0x02280000,地址长度为0x40000。 ? ? ? ? ? 5、reg属性? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? reg属性前面已经提到过了,reg属性的值一般是(address,length)对。reg属性一般 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 用于描述设备地址空间资源信息,一般都是某个外设的寄存器地址范围信息,比如在 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?imx6ull.dtsi中有如下内容:
? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 上述代码是节点uart1,uart1节点描述了I.MX6ULL的UART1相关信息,重点是第326 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?行的reg属性。其中uart1的父节点aips1:aips-bus@02000000设置了#address-cells= ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?<1>、#size-cells=<1>,因此reg属性中address=0x02020000,length=0x4000。查 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 阅《I.MX6ULL参考手册》可知,I.MX6ULL的UART1寄存器首地址为0x02020000, ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 但是UART1的地址长度(范围)并没有0x4000这么多,这里我们重点是获取UART1寄 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 存器首地址。 |
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