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[系统运维]【Linux】内核驱动篇七--设备树



一、起源

  • 减少垃圾代码
  • 减轻驱动开发工作量
  • 驱动代码和设备信息分离
  • 参考Open Fireware设计
  • 用来记录硬件平台中各种硬件设备的属性信息

二、基本组成

两种源文件:

  1. xxxxx.dts, dts是device tree source的缩写
  2. xxxxx.dtsi, dtsi是device tree source include的缩写,意味着这样源文件用于被dts文件包含用

实际使用时,需要把dts文件编译成对应的二进制文件(.dtb文件,dtb是device tree binary的缩写 )便于运行时存放在内存加快读取信息的速度


三、基本语法

  • dts文件主体内容由多个节点组成
  • 每个节点可以包含0或多个子节点,形成树状关系
  • 每个dts文件都有一个根节点,其它节点都是它的子孙
  • 根节点一般来描述整个开发板硬件平台,其它节点用来表示具体设备、总线的属性信息
  • 各个节点可以有多个属性,每个属性用key-value键值对来表示

节点语法:

[label:] node-name[@unit-address] {    
	[properties definitions];    
	[child nodes];
};

label: 可选项,节点别名,为了缩短节点访问路径,后续节点中可以使用  &label 来表示引用指定节点
node-name: 节点名
unit-address: 设备地址,一般填写该设备寄存器组或内存块的首地址
properties definitions:属性定义
child nodes:子节点

属性语法:

[label:] property-name = value;
[label:] property-name;

属性可以无值
有值的属性,可以有三种取值:
1. arrays of cells(1个或多个32位数据, 64位数据使用232位数据表示,空格分隔),用尖括号表示(< >)
2. string(字符串), 用双引号表示(" ")
3. bytestring(1个或多个字节,空格分隔),用方括号表示([])
4.,分隔的多值
    

四、特殊节点

4.1 根节点

根节点表示整块开发板的信息

#address-cells  // 在子节点的reg属性中, 使用多少个u32整数来描述地址(address)
#size-cells     // 在子节点的reg属性中, 使用多少个u32整数来描述大小(size)
compatible      // 定义一系列的字符串, 用来指定内核中哪个machine_desc可以支持本设备,即描述其兼容哪些平台                         
model           // 比如有2款板子配置基本一致, 它们的compatible是一样的,那么就通过model来分辨这2款板子

4.2 /memory

所有设备树文件的必需节点,它定义了系统物理内存的 layout

device_type = "memory";
reg             //用来指定内存的地址、大小

4.3 /chosen

传递内核启动时使用的参数parameter

bootargs  //字符串,内核启动参数, 跟u-boot中设置的bootargs作用一样

4.4 /cpus 多核CPU支持

/cpus节点下有1个或多个cpu子节点, cpu子节点中用reg属性用来标明自己是哪一个cpu

所以 /cpus 中有以下2个属性:

#address-cells   // 在它的子节点的reg属性中, 使用多少个u32整数来描述地址(address)
#size-cells      // 在它的子节点的reg属性中, 使用多少个u32整数来描述大小(size) 必须设置为0

五、常用属性

5.1 phandle

? 数字形式的节点标识,在后续节点中属性值性质表示某节点时,可以引用对应节点

? 如:

pic@10000000 {    
	phandle = <1>;    
	interrupt-controller;
};
another-device-node {    
	interrupt-parent = <1>;   // 使用phandle值为1来引用上述节点
};

5.2 地址--------------- 重要

reg属性:表示内存区域region,语法:

reg = <address1 length1 [address2 length2] [address3 length3]>;

#address-cells:reg属性中, 使用多少个u32整数来描述地址(address),语法:

#address-cells = <数字>;

#size-cells:reg属性中, 使用多少个u32整数来描述大小(size),语法:

#size-cells = <数字>;

5.3 compatible --------------- 重要

驱动和设备(设备节点)的匹配依据,compatible(兼容性)的值可以有不止一个字符串以满足不同的需求,语法:

compatible = "字符串1","字符串2",...;

5.4 中断 --------------- 重要

a. 中断控制器节点用的属性:

interrupt-controller 一个无值空属性用来声明这个node接收中断信号,表示该节点是一个中断控制器

#interrupt-cells 这是中断控制器节点的属性,用来标识这个控制器需要几个单位做中断描述符

b. 中断源设备节点用的属性:

interrupt-parent:标识此设备节点属于哪一个中断控制器,如果没有设置这个属性,会自动依附父节点的,语法:

interrupt-parent = <引用某中断控制器节点>

interrupts 一个中断标识符列表,表示每一个中断输出信号,语法:

interrupts = <中断号 触发方式>

1 low-to-high 上升沿触发
2 high-to-low 下降沿触发
4 high level  高电平触发
8 low level   低电平触发

5.5 gpio --------------- 重要

gpio也是最常见的IO口,常用的属性有:

a. 对于GPIO控制器:

gpio-controller,无值空属性,用来说明该节点描述的是一个gpio控制器

#gpio-cells,用来表示要用几个cell描述一个 GPIO引脚

b. 对于GPIO使用者节点:

gpio使用节点的属性

xxx-gpio = <&引用GPIO控制器 GPIO标号 工作模式>
工作模式:
1 低电平有效 GPIO_ACTIVE_HIGH
0 高电平有效 GPIO_ACTIVE_LOW

5.6 属性设置套路

一般来说,每一种设备的节点属性设置都会有一些套路,比如可以设置哪些属性?属性值怎么设置?那怎么知道这些套路呢,有两种思路:

  1. 抄类似的dts,比如我们自己项目的平台是4412,那么就可以抄exynos4412-tiny4412.dts、exynos4412-smdk4412.dts这类相近的dts
  2. 查询内核中的文档,比如Documentation/devicetree/bindings/i2c/i2c-imx.txt就描述了imx平台的i2c属性设置方法;Documentation/devicetree/bindings/fb就描述了lcd、lvds这类属性设置方法

六、常用接口

struct device_node 对应设备树中的一个节点
struct property 对应节点中一个属性

6.1 of_find_node_by_path

/**
include/of.h
of_find_node_by_path - 通过路径查找指定节点
@path - 结点在设备树中的路径,包含节点名也可以是节点的别名
成功:得到节点的首地址;失败:NULL
*/
struct device_node * of_find_node_by_path(const char *path);

6.2 of_find_property

/*
include/of.h
of_find_property - 提取指定属性的值
@np - 设备节点指针
@name - 属性名称
@lenp - 属性值的字节数
成功:属性值的首地址;失败:NULL
*/
struct property *of_find_property(const struct device_node *np, const char *name, int *lenp);

6.3 of_get_named_gpio

/**
 * include/of_gpio.h
 * of_get_named_gpio - 从设备树中提取gpio口
 * @np - 设备节点指针
 * @propname - 属性名
 * @index - gpio口引脚标号 
 * 成功:得到GPIO口编号;失败:负数,绝对值是错误码
 */
int of_get_named_gpio(struct device_node *np, const char *propname, int index);

6.4 irq_of_parse_and_map

/*
	功能:获得设备树中的中断号并进行映射
	参数:node:设备节点
		 index:序号
	返回值:成功:中断号	失败:错误码
*/
unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *node, int index)

6.5 读属性值

of_property_read_string

/*
of_property_read_string - 提取字符串(属性值)
@np - 设备节点指针
@propname - 属性名称
@out_string - 输出参数,指向字符串(属性值)
成功:0;失败:负数,绝对值是错误码
*/
int of_property_read_string(struct device_node *np, const char *propname, const char **out_string);

读数值

int of_property_read_u8(const struct device_node *np,const char *propname,u8 *out_value)

int of_property_read_u16(const struct device_node *np,const char *propname,u16 *out_value)

int of_property_read_u32(const struct device_node *np,const char *propname,u32 *out_value)

判断属性是否存在

int of_property_read_bool(const struct device_node *np,const char *propname)

读数组

int of_property_read_u32_array(const struct device_node *np,const char *propname,u32 *out_value,size_t sz)

七、GPIO接口

7.1 向内核申请GPIO

int gpio_request(unsigned gpio,const char *label)

功能:其实就是让内核检查一下该GPIO引脚是否被其它设备占用,如果没有占用则返回0并用label做一下标记,表示被本设备占用,否则返回负数

gpio:得到的设备号
label:设备结点属性名称

void gpio_free(unsigned gpio)

功能:去除本设备对该GPIO的占用标记,表示本设备向内核归还对该GPIO引脚的使用权,此后其它设备可占用该GPIO引脚


7.2 设置GPIO方向

int gpio_direction_input(unsigned gpio)

int gpio_direction_output(unsigned gpio,int value)

value:0-低电平,1-高电平


7.3 读写GPIO数据

int gpio_get_value(unsigned gpio)

int gpio_set_value(unsigned gpio,int value)


八、led驱动设备树版

  1. 在设备树源文件的根节点下添加本设备的节点(该节点中包含本设备用到的资源信息)
    ..../linux3.14/arch/arm/boot/dts/exynos4412-fs4412.dts
fs4412-leds {
	compatible = "fs4412,led2-5";
	led2-gpio = <&gpx2 7 0>;
	led3-gpio = <&gpx1 0 0>;
	led4-gpio = <&gpf3 4 0>;
	led5-gpio = <&gpf3 5 0>;
};
  1. 在linux内核源码的顶层目录下执行:make dtbs (生成对应的dtb文件)
  2. cp ???.dtb /tftpboot
  3. 编写驱动代码:
    a. 通过本设备在设备树中的路径找到对应节点(struct device_node类型的地址值)
    b. 调用 of_get_named_gpio 函数得到某个GPIO的编号
    c. struct leddev结构体记录所有用到的GPIO编号
    d. 使用某个GPIO引脚前需先通过gpio_request函数向内核申请占用该引脚不用该引脚时可通过gpio_free归还给内核
    e. 通过gpio_direction_inputgpio_direction_output函数来设置某个GPIO的作用
    f. 通过gpio_get_value函数可以获取某个GPIO引脚的当前电平
    g. 通过gpio_set_value函数可以改变某个GPIO引脚的电平

例子程序:
dev_led2:

/*************************************************************************
  > File Name: led2.c
  > Author: xiuchengzhen
  > CSDN: xiuchengzhen.blog.csdn.net
  > Created Time: Tue 10 May 2022 07:29:52 PM PDT
 ************************************************************************/

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/slab.h>

#include "dev_led2.h"

int major = 11;   //主设备号
int minor = 0;    //次设备号
int dev_num = 1;  //设备数量

struct pdev  //设备结构体
{
	struct cdev leddev;  //led结构体
	int led2_num;   //GPIO口编号
	int led3_num;
	int led4_num;
	int led5_num;
};

struct pdev *pleddev = NULL;

int led_open(struct inode *pnode, struct file *pfile)	//打开设备
{
	/* 申请GPIO引脚占用 */
	gpio_request(pleddev->led2_num, "led2");
	gpio_request(pleddev->led3_num, "led3");
	gpio_request(pleddev->led4_num, "led4");
	gpio_request(pleddev->led5_num, "led5");

	return 0;
}

int led_release(struct inode *pnode, struct file *pfile)	//关闭设备
{
	/* 申请归还GPIO引脚 */
	gpio_free(pleddev->led2_num);
	gpio_free(pleddev->led3_num);
	gpio_free(pleddev->led4_num);
	gpio_free(pleddev->led5_num);
	
	return 0;
}

long leddev_ioctl(struct file *pfile, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
	switch(cmd)
	{
		case LED2_ON:
			gpio_direction_output(pleddev->led2_num,1);
			break;
		case LED2_OFF:
			gpio_direction_output(pleddev->led2_num,0);
			break;
		case LED3_ON:
			gpio_direction_output(pleddev->led3_num,1);
			break;
		case LED3_OFF:
			gpio_direction_output(pleddev->led3_num,0);
			break;
		case LED4_ON:
			gpio_direction_output(pleddev->led4_num,1);
			break;
		case LED4_OFF:
			gpio_direction_output(pleddev->led4_num,0);
			break;
		case LED5_ON:
			gpio_direction_output(pleddev->led5_num,1);
			break;
		case LED5_OFF:
			gpio_direction_output(pleddev->led5_num,0);
			break;
		default: 
			printk("cmd error!\n");
			return -1;
	}
	return 0;
}

struct file_operations fops={
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = led_open,
	.release = led_release,
	.unlocked_ioctl = leddev_ioctl,
};

int __init led2_init(void)
{
	dev_t devno = MKDEV(major, minor);
	int ret = -1;

	if((ret = register_chrdev_region(devno, dev_num, "dev_led")) < 0)
	{
		ret = alloc_chrdev_region(&devno, minor, dev_num, "dev_led");
		if(ret < 0)
		{
			printk("alloc_chrdev_region fail!\n");
			return -1;
		}
		major = MAJOR(devno);
	}

	/* 设备分配内存空间 */
	pleddev = (struct pdev *)kmalloc(sizeof(struct pdev), GFP_KERNEL);
	if(pleddev == NULL)
	{
		unregister_chrdev_region(devno, dev_num);
		printk("pmydev malloc fail!\n");
		return -1;
	}

	/* 设备初始化 */
	cdev_init(&pleddev->leddev, &fops);
	pleddev->leddev.owner = THIS_MODULE;

	/* 设备添加 */
	cdev_add(&pleddev->leddev, devno, dev_num);

	/* 设备号获取 */
	struct device_node *led_node = of_find_node_by_path("/fs4412-leds"); 
	if(led_node == NULL)
	{
		printk("device_node get fail!\n");
		return -1;
	}
	pleddev->led2_num = of_get_named_gpio(led_node, "led2-gpio", 0);
	pleddev->led3_num = of_get_named_gpio(led_node, "led3-gpio", 0);
	pleddev->led4_num = of_get_named_gpio(led_node, "led4-gpio", 0);
	pleddev->led5_num = of_get_named_gpio(led_node, "led5-gpio", 0);


	return 0;
}

void __exit led2_exit(void)
{
	dev_t devno = MKDEV(major, minor);

	/* 注销设备 */
	cdev_del(&pleddev->leddev);

	/* 注销设备号 */
	unregister_chrdev_region(devno, dev_num);

	/* 释放空间 */
	kfree(pleddev);

}

MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(led2_init);
module_exit(led2_exit);

dev_led2.h:

/*************************************************************************
	> File Name: mytest.h
	> Author: xiuchengzhen
	> CSDN: xiuchengzhen.blog.csdn.net
	> Created Time: Mon 16 May 2022 05:39:30 AM PDT
 ************************************************************************/

#ifndef DEVLED_H
#define DEVLED_H

#include <asm/ioctl.h>



#define IOCTL_TYPE 'k'
#define LED2_ON  _IOR(IOCTL_TYPE, 1,int *)
#define LED2_OFF _IOR(IOCTL_TYPE, 2,int *)
#define LED3_ON  _IOR(IOCTL_TYPE, 3,int *)
#define LED3_OFF _IOR(IOCTL_TYPE, 4,int *)
#define LED4_ON  _IOR(IOCTL_TYPE, 5,int *)
#define LED4_OFF _IOR(IOCTL_TYPE, 6,int *)
#define LED5_ON  _IOR(IOCTL_TYPE, 7,int *)
#define LED5_OFF _IOR(IOCTL_TYPE, 8,int *)


#endif

dev_app.c:

/*************************************************************************
	> File Name: led_app.c
	> Author: xiuchengzhen
	> CSDN: xiuchengzhen.blog.csdn.net
	> Created Time: Fri 20 May 2022 01:26:49 AM PDT
 ************************************************************************/

#include <stdio.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <time.h>

#include "dev_led.h"
	
int main(int argc, const char *argv[])
{
	int ret;

	if(argc < 2)
	{
		printf("Run without file!\n");
		return -1;
	}

	/* 打开设备文件 */
	int fd = open("/dev/dev_led", O_RDWR);
	if(fd < 0)
	{
		perror("open");
		return -1;
	}

	while(1)
	{
		ioctl(fd, LED2_ON, 0);
		sleep(1);
		ioctl(fd, LED2_OFF, 0);
		sleep(1);
		ioctl(fd, LED3_ON, 0);
		sleep(1);
		ioctl(fd, LED3_OFF, 0);
		sleep(1);
		ioctl(fd, LED4_ON, 0);
		sleep(1);
		ioctl(fd, LED4_OFF, 0);
		sleep(1);
		ioctl(fd, LED5_ON, 0);
		sleep(1);
		ioctl(fd, LED5_OFF, 0);
		sleep(1);
	}

	/* 关闭设备 */
	close(fd);

}

到这里就结束啦!
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