宋寶華 Barry Song <21cnbao@gmail.com>

1.?? ?ARM Device Tree起源

Linus Torvalds在2011年3月17日的ARM Linux郵件列表宣稱“this whole ARM thing is a f*cking pain in the ass”，引發(fā)ARM Linux社區(qū)的地震，隨后ARM社區(qū)進(jìn)行了一系列的重大修正。在過去的ARM Linux中，arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx中充斥著大量的垃圾代碼，相當(dāng)多數(shù)的代碼只是在描述板級(jí)細(xì)節(jié)，而 這些板級(jí)細(xì)節(jié)對(duì)于內(nèi)核來講，不過是垃圾，如板上的platform設(shè)備、resource、i2c_board_info、spi_board_info 以及各種硬件的platform_data。讀者有興趣可以統(tǒng)計(jì)下常見的s3c2410、s3c6410等板級(jí)目錄，代碼量在數(shù)萬行。

社區(qū)必須改 變這種局面，于是PowerPC等其他體系架構(gòu)下已經(jīng)使用的Flattened Device Tree（FDT）進(jìn)入ARM社區(qū)的視野。Device Tree是一種描述硬件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它起源于 OpenFirmware (OF)。在Linux 2.6中，ARM架構(gòu)的板極硬件細(xì)節(jié)過多地被硬編碼在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx，采用Device Tree后，許多硬件的細(xì)節(jié)可以直接透過它傳遞給Linux，而不再需要在kernel中進(jìn)行大量的冗余編碼。

Device Tree由一系列被命名的結(jié)點(diǎn)（node）和屬性（property）組成，而結(jié)點(diǎn)本身可包含子結(jié)點(diǎn)。所謂屬性，其實(shí)就是成對(duì)出現(xiàn)的name和 value。在Device Tree中，可描述的信息包括（原先這些信息大多被hard code到kernel中）：

• CPU的數(shù)量和類別
• 內(nèi)存基地址和大小
• 總線和橋
• 外設(shè)連接
• 中斷控制器和中斷使用情況
• GPIO控制器和GPIO使用情況
• Clock控制器和Clock使用情況

它 基本上就是畫一棵電路板上CPU、總線、設(shè)備組成的樹，Bootloader會(huì)將這棵樹傳遞給內(nèi)核，然后內(nèi)核可以識(shí)別這棵樹，并根據(jù)它展開出Linux內(nèi) 核中的platform_device、i2c_client、spi_device等設(shè)備，而這些設(shè)備用到的內(nèi)存、IRQ等資源，也被傳遞給了內(nèi)核，內(nèi) 核會(huì)將這些資源綁定給展開的相應(yīng)的設(shè)備。

2.?? ?Device Tree組成和結(jié)構(gòu)

整個(gè)Device Tree牽涉面比較廣，即增加了新的用于描述設(shè)備硬件信息的文本格式，又增加了編譯這一文本的工具，同時(shí)Bootloader也需要支持將編譯后的Device Tree傳遞給Linux內(nèi)核。

DTS (device tree source)

.dts 文件是一種ASCII 文本格式的Device Tree描述，此文本格式非常人性化，適合人類的閱讀習(xí)慣。基本上，在ARM Linux在，一個(gè).dts文件對(duì)應(yīng)一個(gè)ARM的machine，一般放置在內(nèi)核的arch/arm/boot/dts/目錄。由于一個(gè)SoC可能對(duì)應(yīng)多 個(gè)machine（一個(gè)SoC可以對(duì)應(yīng)多個(gè)產(chǎn)品和電路板），勢(shì)必這些.dts文件需包含許多共同的部分，Linux內(nèi)核為了簡化，把SoC公用的部分或者 多個(gè)machine共同的部分一般提煉為.dtsi，類似于C語言的頭文件。其他的machine對(duì)應(yīng)的.dts就include這個(gè).dtsi。譬如， 對(duì)于VEXPRESS而言，vexpress-v2m.dtsi就被vexpress-v2p-ca9.dts所引用， vexpress-v2p-ca9.dts有如下一行：

/include/ "vexpress-v2m.dtsi"

當(dāng)然，和C語言的頭文件類似，.dtsi也可以include其他的.dtsi，譬如幾乎所有的ARM SoC的.dtsi都引用了skeleton.dtsi。

.dts（或者其include的.dtsi）基本元素即為前文所述的結(jié)點(diǎn)和屬性：

/ {node1 {a-string-property = "A string";a-string-list-property = "first string", "second string";a-byte-data-property = [0x01 0x23 0x34 0x56];child-node1 {first-child-property;second-child-property = <1>;a-string-property = "Hello, world";};child-node2 {};};node2 {an-empty-property;a-cell-property = <1 2 3 4>; /* each number (cell) is a uint32 */child-node1 {};}; };

上述.dts文件并沒有什么真實(shí)的用途，但它基本表征了一個(gè)Device Tree源文件的結(jié)構(gòu)：

1個(gè)root結(jié)點(diǎn)"/"；

root結(jié)點(diǎn)下面含一系列子結(jié)點(diǎn)，本例中為"node1" 和 "node2"；

結(jié)點(diǎn)"node1"下又含有一系列子結(jié)點(diǎn)，本例中為"child-node1" 和 "child-node2"；

各 結(jié)點(diǎn)都有一系列屬性。這些屬性可能為空，如" an-empty-property"；可能為字符串，如"a-string-property"；可能為字符串?dāng)?shù)組，如"a-string-list- property"；可能為Cells（由u32整數(shù)組成），如"second-child-property"，可能為二進(jìn)制數(shù)，如"a-byte- data-property"。

下面以一個(gè)最簡單的machine為例來看如何寫一個(gè).dts文件。假設(shè)此machine的配置如下：

1個(gè)雙核ARM Cortex-A9 32位處理器；

ARM 的local bus上的內(nèi)存映射區(qū)域分布了2個(gè)串口（分別位于0x101F1000 和 0x101F2000）、GPIO控制器（位于0x101F3000）、SPI控制器（位于0x10170000）、中斷控制器（位于 0x10140000）和一個(gè)external bus橋；

External bus橋上又連接了SMC SMC91111 Ethernet（位于0x10100000）、I2C控制器（位于0x10160000）、64MB NOR Flash（位于0x30000000）；

External bus橋上連接的I2C控制器所對(duì)應(yīng)的I2C總線上又連接了Maxim DS1338實(shí)時(shí)鐘（I2C地址為0x58）。

其對(duì)應(yīng)的.dts文件為：

/ {compatible = "acme,coyotes-revenge";#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;interrupt-parent = <&intc>;cpus {#address-cells = <1>;#size-cells = <0>;cpu@0 {compatible = "arm,cortex-a9";reg = <0>;};cpu@1 {compatible = "arm,cortex-a9";reg = <1>;};};serial@101f0000 {compatible = "arm,pl011";reg = <0x101f0000 0x1000 >;interrupts = < 1 0 >;};serial@101f2000 {compatible = "arm,pl011";reg = <0x101f2000 0x1000 >;interrupts = < 2 0 >;};gpio@101f3000 {compatible = "arm,pl061";reg = <0x101f3000 0x10000x101f4000 0x0010>;interrupts = < 3 0 >;};intc: interrupt-controller@10140000 {compatible = "arm,pl190";reg = <0x10140000 0x1000 >;interrupt-controller;#interrupt-cells = <2>;};spi@10115000 {compatible = "arm,pl022";reg = <0x10115000 0x1000 >;interrupts = < 4 0 >;};external-bus {#address-cells = <2>#size-cells = <1>;ranges = <0 0 0x10100000 0x10000 // Chipselect 1, Ethernet1 0 0x10160000 0x10000 // Chipselect 2, i2c controller2 0 0x30000000 0x1000000>; // Chipselect 3, NOR Flashethernet@0,0 {compatible = "smc,smc91c111";reg = <0 0 0x1000>;interrupts = < 5 2 >;};i2c@1,0 {compatible = "acme,a1234-i2c-bus";#address-cells = <1>;#size-cells = <0>;reg = <1 0 0x1000>;interrupts = < 6 2 >;rtc@58 {compatible = "maxim,ds1338";reg = <58>;interrupts = < 7 3 >;};};flash@2,0 {compatible = "samsung,k8f1315ebm", "cfi-flash";reg = <2 0 0x4000000>;};}; };

上述.dts文件中,root結(jié)點(diǎn)"/"的compatible 屬性compatible = "acme,coyotes-revenge";定義了系統(tǒng)的名稱，它的組織形式 為：<manufacturer>,<model>。Linux內(nèi)核透過root結(jié)點(diǎn)"/"的compatible 屬性即可判斷它啟動(dòng)的是什么machine。

在.dts文件的每個(gè)設(shè)備，都有一個(gè)compatible 屬性，compatible屬性用戶驅(qū)動(dòng)和設(shè)備的綁定。compatible 屬性是一個(gè)字符串的列表，列表中的第一個(gè)字符串表征了結(jié)點(diǎn)代表的確切設(shè)備，形式 為"<manufacturer>,<model>"，其后的字符串表征可兼容的其他設(shè)備。可以說前面的是特指，后面的則涵蓋更 廣的范圍。如在arch/arm/boot/dts/vexpress-v2m.dtsi中的Flash結(jié)點(diǎn)：

flash@0,00000000 {compatible = "arm,vexpress-flash", "cfi-flash";reg = <0 0x00000000 0x04000000>,<1 0x00000000 0x04000000>;bank-width = <4>;};

compatible屬性的第2個(gè)字符串"cfi-flash"明顯比第1個(gè)字符串"arm,vexpress-flash"涵蓋的范圍更廣。

再 比如，Freescale MPC8349 SoC含一個(gè)串口設(shè)備，它實(shí)現(xiàn)了國家半導(dǎo)體（National Semiconductor）的ns16550 寄存器接口。則MPC8349串口設(shè)備的compatible屬性為compatible = "fsl,mpc8349-uart", "ns16550"。其中，fsl,mpc8349-uart指代了確切的設(shè)備， ns16550代表該設(shè)備與National Semiconductor 的16550 UART保持了寄存器兼容。

接下來root結(jié)點(diǎn)"/"的cpus子結(jié)點(diǎn)下面又包含2個(gè)cpu子結(jié)點(diǎn)，描述了此machine上的2個(gè)CPU，并且二者的compatible 屬性為"arm,cortex-a9"。

注 意cpus和cpus的2個(gè)cpu子結(jié)點(diǎn)的命名，它們遵循的組織形式為：<name>[@<unit- address>]，<>中的內(nèi)容是必選項(xiàng)，[]中的則為可選項(xiàng)。name是一個(gè)ASCII字符串，用于描述結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的設(shè)備類型，如 3com Ethernet適配器對(duì)應(yīng)的結(jié)點(diǎn)name宜為ethernet，而不是3com509。如果一個(gè)結(jié)點(diǎn)描述的設(shè)備有地址，則應(yīng)該給出@unit- address。多個(gè)相同類型設(shè)備結(jié)點(diǎn)的name可以一樣，只要unit-address不同即可，如本例中含有cpu@0、cpu@1以及 serial@101f0000與serial@101f2000這樣的同名結(jié)點(diǎn)。設(shè)備的unit-address地址也經(jīng)常在其對(duì)應(yīng)結(jié)點(diǎn)的reg屬性中 給出。ePAPR標(biāo)準(zhǔn)給出了結(jié)點(diǎn)命名的規(guī)范。

可尋址的設(shè)備使用如下信息來在Device Tree中編碼地址信息：

• ??? reg
• ??? #address-cells
• ??? #size-cells

其 中reg的組織形式為reg = <address1 length1 [address2 length2] [address3 length3] ... >，其中的每一組address length表明了設(shè)備使用的一個(gè)地址范圍。address為1個(gè)或多個(gè)32位的整型（即cell），而length則為cell的列表或者為空 （若#size-cells = 0）。address 和 length 字段是可變長的，父結(jié)點(diǎn)的#address-cells和#size-cells分別決定了子結(jié)點(diǎn)的reg屬性的address和length字段的長 度。在本例中，root結(jié)點(diǎn)的#address-cells = <1>;和#size-cells = <1>;決定了serial、gpio、spi等結(jié)點(diǎn)的address和length字段的長度分別為1。cpus 結(jié)點(diǎn)的#address-cells = <1>;和#size-cells = <0>;決定了2個(gè)cpu子結(jié)點(diǎn)的address為1，而length為空，于是形成了2個(gè)cpu的reg = <0>;和reg = <1>;。external-bus結(jié)點(diǎn)的#address-cells = <2>和#size-cells = <1>;決定了其下的ethernet、i2c、flash的reg字段形如reg = <0 0 0x1000>;、reg = <1 0 0x1000>;和reg = <2 0 0x4000000>;。其中，address字段長度為0，開始的第一個(gè)cell（0、1、2）是對(duì)應(yīng)的片選，第2個(gè)cell（0，0，0）是相 對(duì)該片選的基地址，第3個(gè)cell（0x1000、0x1000、0x4000000）為length。特別要留意的是i2c結(jié)點(diǎn)中定義的 #address-cells = <1>;和#size-cells = <0>;又作用到了I2C總線上連接的RTC，它的address字段為0x58，是設(shè)備的I2C地址。

root結(jié)點(diǎn)的子結(jié)點(diǎn)描述的 是CPU的視圖，因此root子結(jié)點(diǎn)的address區(qū)域就直接位于CPU的memory區(qū)域。但是，經(jīng)過總線橋后的address往往需要經(jīng)過轉(zhuǎn)換才能 對(duì)應(yīng)的CPU的memory映射。external-bus的ranges屬性定義了經(jīng)過external-bus橋后的地址范圍如何映射到CPU的 memory區(qū)域。

ranges = <0 0 0x10100000 0x10000 // Chipselect 1, Ethernet1 0 0x10160000 0x10000 // Chipselect 2, i2c controller2 0 0x30000000 0x1000000>; // Chipselect 3, NOR Flash

ranges 是地址轉(zhuǎn)換表，其中的每個(gè)項(xiàng)目是一個(gè)子地址、父地址以及在子地址空間的大小的映射。映射表中的子地址、父地址分別采用子地址空間的#address- cells和父地址空間的#address-cells大小。對(duì)于本例而言，子地址空間的#address-cells為2，父地址空間 的#address-cells值為1，因此0 0? 0x10100000?? 0x10000的前2個(gè)cell為external-bus后片選0上偏移0，第3個(gè)cell表示external-bus后片選0上偏移0的地址空間被 映射到CPU的0x10100000位置，第4個(gè)cell表示映射的大小為0x10000。ranges的后面2個(gè)項(xiàng)目的含義可以類推。

Device Tree中還可以中斷連接信息，對(duì)于中斷控制器而言，它提供如下屬性：

interrupt-controller – 這個(gè)屬性為空，中斷控制器應(yīng)該加上此屬性表明自己的身份；

#interrupt-cells – 與#address-cells 和 #size-cells相似，它表明連接此中斷控制器的設(shè)備的interrupts屬性的cell大小。

在整個(gè)Device Tree中，與中斷相關(guān)的屬性還包括：

interrupt-parent – 設(shè)備結(jié)點(diǎn)透過它來指定它所依附的中斷控制器的phandle，當(dāng)結(jié)點(diǎn)沒有指定interrupt-parent 時(shí)，則從父級(jí)結(jié)點(diǎn)繼承。對(duì)于本例而言，root結(jié)點(diǎn)指定了interrupt-parent = <&intc>;其對(duì)應(yīng)于intc: interrupt-controller@10140000，而root結(jié)點(diǎn)的子結(jié)點(diǎn)并未指定interrupt-parent，因此它們都繼承了 intc，即位于0x10140000的中斷控制器。

interrupts – 用到了中斷的設(shè)備結(jié)點(diǎn)透過它指定中斷號(hào)、觸發(fā)方法等，具體這個(gè)屬性含有多少個(gè)cell，由它依附的中斷控制器結(jié)點(diǎn)的#interrupt-cells屬性 決定。而具體每個(gè)cell又是什么含義，一般由驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)決定，而且也會(huì)在Device Tree的binding文檔中說明。譬如，對(duì)于ARM GIC中斷控制器而言，#interrupt-cells為3，它3個(gè)cell的具體含義Documentation/devicetree /bindings/arm/gic.txt就有如下文字說明：

01 The 1st cell is the interrupt type; 0 for SPI interrupts, 1 for PPI 02 interrupts. 03 04 The 2nd cell contains the interrupt number for the interrupt type. 05 SPI interrupts are in the range [0-987]. PPI interrupts are in the 06 range [0-15]. 07 08 The 3rd cell is the flags, encoded as follows: 09 bits[3:0] trigger type and level flags. 10 1 = low-to-high edge triggered 11 2 = high-to-low edge triggered 12 4 = active high level-sensitive 13 8 = active low level-sensitive 14 bits[15:8] PPI interrupt cpu mask. Each bit corresponds to each of 15 the 8 possible cpus attached to the GIC. A bit set to '1' indicated 16 the interrupt is wired to that CPU. Only valid for PPI interrupts.

另 外，值得注意的是，一個(gè)設(shè)備還可能用到多個(gè)中斷號(hào)。對(duì)于ARM GIC而言，若某設(shè)備使用了SPI的168、169號(hào)2個(gè)中斷，而言都是高電平觸發(fā)，則該設(shè)備結(jié)點(diǎn)的interrupts屬性可定義 為：interrupts = <0 168 4>, <0 169 4>;

除了中斷以外，在ARM Linux中clock、GPIO、pinmux都可以透過.dts中的結(jié)點(diǎn)和屬性進(jìn)行描述。

DTC (device tree compiler)

將.dts 編譯為.dtb的工具。DTC的源代碼位于內(nèi)核的scripts/dtc目錄，在Linux內(nèi)核使能了Device Tree的情況下，編譯內(nèi)核的時(shí)候主機(jī)工具dtc會(huì)被編譯出來，對(duì)應(yīng)scripts/dtc/Makefile中的“hostprogs-y := dtc”這一hostprogs編譯target。

在Linux內(nèi)核的arch/arm/boot/dts/Makefile中，描述了當(dāng)某種SoC被選中后，哪些.dtb文件會(huì)被編譯出來，如與VEXPRESS對(duì)應(yīng)的.dtb包括：

dtb-$(CONFIG_ARCH_VEXPRESS) += vexpress-v2p-ca5s.dtb \vexpress-v2p-ca9.dtb \vexpress-v2p-ca15-tc1.dtb \vexpress-v2p-ca15_a7.dtb \xenvm-4.2.dtb

在Linux下，我們可以單獨(dú)編譯Device Tree文件。當(dāng)我們?cè)贚inux內(nèi)核下運(yùn)行make dtbs時(shí)，若我們之前選擇了ARCH_VEXPRESS，上述.dtb都會(huì)由對(duì)應(yīng)的.dts編譯出來。因?yàn)閍rch/arm/Makefile中含有一 個(gè)dtbs編譯target項(xiàng)目。

Device Tree Blob (.dtb)

.dtb是.dts被DTC編譯后的二進(jìn) 制格式的Device Tree描述，可由Linux內(nèi)核解析。通常在我們?yōu)殡娐钒逯谱鱊AND、SD啟動(dòng)image時(shí)，會(huì)為.dtb文件單獨(dú)留下一個(gè)很小的區(qū)域以存放之，之后 bootloader在引導(dǎo)kernel的過程中，會(huì)先讀取該.dtb到內(nèi)存。

Binding

對(duì)于Device Tree中的結(jié)點(diǎn)和屬性具體是如何來描述設(shè)備的硬件細(xì)節(jié)的，一般需要文檔來進(jìn)行講解，文檔的后綴名一般為.txt。這些文檔位于內(nèi)核的Documentation/devicetree/bindings目錄，其下又分為很多子目錄。

Bootloader

Uboot mainline 從 v1.1.3開始支持Device Tree，其對(duì)ARM的支持則是和ARM內(nèi)核支持Device Tree同期完成。

為了使能Device Tree，需要編譯Uboot的時(shí)候在config文件中加入

#define CONFIG_OF_LIBFDT

在Uboot中，可以從NAND、SD或者TFTP等任意介質(zhì)將.dtb讀入內(nèi)存，假設(shè).dtb放入的內(nèi)存地址為0x71000000，之后可在Uboot運(yùn)行命令fdt addr命令設(shè)置.dtb的地址，如：

U-Boot> fdt addr 0x71000000

fdt的其他命令就變地可以使用，如fdt resize、fdt print等。

對(duì) 于ARM來講，可以透過bootz kernel_addr initrd_address dtb_address的命令來啟動(dòng)內(nèi)核，即dtb_address作為bootz或者bootm的最后一次參數(shù)，第一個(gè)參數(shù)為內(nèi)核映像的地址，第二個(gè)參 數(shù)為initrd的地址，若不存在initrd，可以用 -代替。

3.?? ?Device Tree引發(fā)的BSP和驅(qū)動(dòng)變更

有了Device Tree后，大量的板級(jí)信息都不再需要，譬如過去經(jīng)常在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx實(shí)施的如下事情：

1.?? ?注冊(cè)platform_device，綁定resource，即內(nèi)存、IRQ等板級(jí)信息。

透過Device Tree后，形如

90 static struct resource xxx_resources[] = { 91 [0] = { 92 .start = …, 93 .end = …, 94 .flags = IORESOURCE_MEM, 95 }, 96 [1] = { 97 .start = …, 98 .end = …, 99 .flags = IORESOURCE_IRQ, 100 }, 101 }; 102 103 static struct platform_device xxx_device = { 104 .name = "xxx", 105 .id = -1, 106 .dev = { 107 .platform_data = &xxx_data, 108 }, 109 .resource = xxx_resources, 110 .num_resources = ARRAY_SIZE(xxx_resources), 111 };

之類的platform_device代碼都不再需要，其中platform_device會(huì)由kernel自動(dòng)展開。而這些 resource實(shí)際來源于.dts中設(shè)備結(jié)點(diǎn)的reg、interrupts屬性。典型地，大多數(shù)總線都與“simple_bus”兼容，而在SoC對(duì) 應(yīng)的machine的.init_machine成員函數(shù)中，調(diào)用of_platform_bus_probe(NULL, xxx_of_bus_ids, NULL);即可自動(dòng)展開所有的platform_device。譬如，假設(shè)我們有個(gè)XXX SoC，則可在arch/arm/mach-xxx/的板文件中透過如下方式展開.dts中的設(shè)備結(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的platform_device：

18 static struct of_device_id xxx_of_bus_ids[] __initdata = { 19 { .compatible = "simple-bus", }, 20 {}, 21 }; 22 23 void __init xxx_mach_init(void) 24 { 25 of_platform_bus_probe(NULL, xxx_of_bus_ids, NULL); 26 } 32 33 #ifdef CONFIG_ARCH_XXX 38 39 DT_MACHINE_START(XXX_DT, "Generic XXX (Flattened Device Tree)") 41 … 45 .init_machine = xxx_mach_init, 46 … 49 MACHINE_END 50 #endif

2.?? ?注冊(cè)i2c_board_info，指定IRQ等板級(jí)信息。

形如

145 static struct i2c_board_info __initdata afeb9260_i2c_devices[] = { 146 { 147 I2C_BOARD_INFO("tlv320aic23", 0x1a), 148 }, { 149 I2C_BOARD_INFO("fm3130", 0x68), 150 }, { 151 I2C_BOARD_INFO("24c64", 0x50), 152 }, 153 };

之類的i2c_board_info代碼，目前不再需要出現(xiàn)，現(xiàn)在只需要把tlv320aic23、fm3130、24c64這些設(shè)備結(jié)點(diǎn)填充作為相應(yīng)的I2C controller結(jié)點(diǎn)的子結(jié)點(diǎn)即可，類似于前面的

i2c@1,0 {compatible = "acme,a1234-i2c-bus";…rtc@58 {compatible = "maxim,ds1338";reg = <58>;interrupts = < 7 3 >;};};

Device Tree中的I2C client會(huì)透過I2C host驅(qū)動(dòng)的probe()函數(shù)中調(diào)用of_i2c_register_devices(&i2c_dev->adapter);被自動(dòng)展開。

3.?? ?注冊(cè)spi_board_info，指定IRQ等板級(jí)信息。

形如

79 static struct spi_board_info afeb9260_spi_devices[] = { 80 { /* DataFlash chip */ 81 .modalias = "mtd_dataflash", 82 .chip_select = 1, 83 .max_speed_hz = 15 * 1000 * 1000, 84 .bus_num = 0, 85 }, 86 };

之類的spi_board_info代碼，目前不再需要出現(xiàn)，與I2C類似，現(xiàn)在只需要把mtd_dataflash之類的結(jié)點(diǎn)， 作為SPI控制器的子結(jié)點(diǎn)即可，SPI host驅(qū)動(dòng)的probe函數(shù)透過spi_register_master()注冊(cè)master的時(shí)候，會(huì)自動(dòng)展開依附于它的slave。

4.?? ?多個(gè)針對(duì)不同電路板的machine，以及相關(guān)的callback。

過去，ARM Linux針對(duì)不同的電路板會(huì)建立由MACHINE_START和MACHINE_END包圍起來的針對(duì)這個(gè)machine的一系列callback，譬如：

373 MACHINE_START(VEXPRESS, "ARM-Versatile Express") 374 .atag_offset = 0x100, 375 .smp = smp_ops(vexpress_smp_ops), 376 .map_io = v2m_map_io, 377 .init_early = v2m_init_early, 378 .init_irq = v2m_init_irq, 379 .timer = &v2m_timer, 380 .handle_irq = gic_handle_irq, 381 .init_machine = v2m_init, 382 .restart = vexpress_restart, 383 MACHINE_END

這些不同的machine會(huì)有不同的 MACHINE ID，Uboot在啟動(dòng)Linux內(nèi)核時(shí)會(huì)將MACHINE ID存放在r1寄存器，Linux啟動(dòng)時(shí)會(huì)匹配Bootloader傳遞的MACHINE ID和MACHINE_START聲明的MACHINE ID，然后執(zhí)行相應(yīng)machine的一系列初始化函數(shù)。

引入Device Tree之后，MACHINE_START變更為DT_MACHINE_START，其中含有一個(gè).dt_compat成員，用于表明相關(guān)的 machine與.dts中root結(jié)點(diǎn)的compatible屬性兼容關(guān)系。如果Bootloader傳遞給內(nèi)核的Device Tree中root結(jié)點(diǎn)的compatible屬性出現(xiàn)在某machine的.dt_compat表中，相關(guān)的machine就與對(duì)應(yīng)的Device Tree匹配，從而引發(fā)這一machine的一系列初始化函數(shù)被執(zhí)行。

489 static const char * const v2m_dt_match[] __initconst = { 490 "arm,vexpress", 491 "xen,xenvm", 492 NULL, 493 }; 495 DT_MACHINE_START(VEXPRESS_DT, "ARM-Versatile Express") 496 .dt_compat = v2m_dt_match, 497 .smp = smp_ops(vexpress_smp_ops), 498 .map_io = v2m_dt_map_io, 499 .init_early = v2m_dt_init_early, 500 .init_irq = v2m_dt_init_irq, 501 .timer = &v2m_dt_timer, 502 .init_machine = v2m_dt_init, 503 .handle_irq = gic_handle_irq, 504 .restart = vexpress_restart, 505 MACHINE_END

Linux倡導(dǎo)針對(duì)多個(gè)SoC、多個(gè)電路板的 通用DT machine，即一個(gè)DT machine的.dt_compat表含多個(gè)電路板.dts文件的root結(jié)點(diǎn)compatible屬性字符串。之后，如果的電路板的初始化序列不一 樣，可以透過int of_machine_is_compatible(const char *compat) API判斷具體的電路板是什么。

?? ?譬如arch/arm/mach-exynos/mach-exynos5-dt.c的EXYNOS5_DT machine同時(shí)兼容"samsung,exynos5250"和"samsung,exynos5440"：

158 static char const *exynos5_dt_compat[] __initdata = { 159 "samsung,exynos5250", 160 "samsung,exynos5440", 161 NULL 162 }; 163 177 DT_MACHINE_START(EXYNOS5_DT, "SAMSUNG EXYNOS5 (Flattened Device Tree)") 178 /* Maintainer: Kukjin Kim <kgene.kim@samsung.com> */ 179 .init_irq = exynos5_init_irq, 180 .smp = smp_ops(exynos_smp_ops), 181 .map_io = exynos5_dt_map_io, 182 .handle_irq = gic_handle_irq, 183 .init_machine = exynos5_dt_machine_init, 184 .init_late = exynos_init_late, 185 .timer = &exynos4_timer, 186 .dt_compat = exynos5_dt_compat, 187 .restart = exynos5_restart, 188 .reserve = exynos5_reserve, 189 MACHINE_END

???? 它的.init_machine成員函數(shù)就針對(duì)不同的machine進(jìn)行了不同的分支處理：

126 static void __init exynos5_dt_machine_init(void) 127 { 128 … 149 150 if (of_machine_is_compatible("samsung,exynos5250")) 151 of_platform_populate(NULL, of_default_bus_match_table, 152 exynos5250_auxdata_lookup, NULL); 153 else if (of_machine_is_compatible("samsung,exynos5440")) 154 of_platform_populate(NULL, of_default_bus_match_table, 155 exynos5440_auxdata_lookup, NULL); 156 }

使用Device Tree后，驅(qū)動(dòng)需要與.dts中描述的設(shè)備結(jié)點(diǎn)進(jìn)行匹配，從而引發(fā)驅(qū)動(dòng)的probe()函數(shù)執(zhí)行。對(duì)于platform_driver而言，需要添加一 個(gè)OF匹配表，如前文的.dts文件的"acme,a1234-i2c-bus"兼容I2C控制器結(jié)點(diǎn)的OF匹配表可以是：

436 static const struct of_device_id a1234_i2c_of_match[] = { 437 { .compatible = "acme,a1234-i2c-bus ", }, 438 {}, 439 }; 440 MODULE_DEVICE_TABLE(of, a1234_i2c_of_match); 441 442 static struct platform_driver i2c_a1234_driver = { 443 .driver = { 444 .name = "a1234-i2c-bus ", 445 .owner = THIS_MODULE, 449 .of_match_table = a1234_i2c_of_match, 450 }, 451 .probe = i2c_a1234_probe, 452 .remove = i2c_a1234_remove, 453 }; 454 module_platform_driver(i2c_a1234_driver);

對(duì)于I2C和SPI從設(shè)備而言，同樣也可以透過of_match_table添加匹配的.dts中的相關(guān)結(jié)點(diǎn)的compatible屬性，如sound/soc/codecs/wm8753.c中的：

1533 static const struct of_device_id wm8753_of_match[] = { 1534 { .compatible = "wlf,wm8753", }, 1535 { } 1536 }; 1537 MODULE_DEVICE_TABLE(of, wm8753_of_match); 1587 static struct spi_driver wm8753_spi_driver = { 1588 .driver = { 1589 .name = "wm8753", 1590 .owner = THIS_MODULE, 1591 .of_match_table = wm8753_of_match, 1592 }, 1593 .probe = wm8753_spi_probe, 1594 .remove = wm8753_spi_remove, 1595 }; 1640 static struct i2c_driver wm8753_i2c_driver = { 1641 .driver = { 1642 .name = "wm8753", 1643 .owner = THIS_MODULE, 1644 .of_match_table = wm8753_of_match, 1645 }, 1646 .probe = wm8753_i2c_probe, 1647 .remove = wm8753_i2c_remove, 1648 .id_table = wm8753_i2c_id, 1649 };

不過這邊有一點(diǎn)需要提醒的是，I2C和SPI外設(shè)驅(qū)動(dòng)和Device Tree中設(shè)備結(jié)點(diǎn)的compatible 屬性還有一種弱式匹配方法，就是別名匹配。compatible 屬性的組織形式為<manufacturer>,<model>，別名其實(shí)就是去掉compatible 屬性中逗號(hào)前的manufacturer前綴。關(guān)于這一點(diǎn)，可查看drivers/spi/spi.c的源代碼，函數(shù) spi_match_device()暴露了更多的細(xì)節(jié)，如果別名出現(xiàn)在設(shè)備spi_driver的id_table里面，或者別名與 spi_driver的name字段相同，SPI設(shè)備和驅(qū)動(dòng)都可以匹配上：

90 static int spi_match_device(struct device *dev, struct device_driver *drv) 91 { 92 const struct spi_device *spi = to_spi_device(dev); 93 const struct spi_driver *sdrv = to_spi_driver(drv); 94 95 /* Attempt an OF style match */ 96 if (of_driver_match_device(dev, drv)) 97 return 1; 98 99 /* Then try ACPI */ 100 if (acpi_driver_match_device(dev, drv)) 101 return 1; 102 103 if (sdrv->id_table) 104 return !!spi_match_id(sdrv->id_table, spi); 105 106 return strcmp(spi->modalias, drv->name) == 0; 107 } 71 static const struct spi_device_id *spi_match_id(const struct spi_device_id *id, 72 const struct spi_device *sdev) 73 { 74 while (id->name[0]) { 75 if (!strcmp(sdev->modalias, id->name)) 76 return id; 77 id++; 78 } 79 return NULL; 80 }

4.?? ?常用OF API

在Linux的BSP和驅(qū)動(dòng)代碼中，還經(jīng)常會(huì)使用到Linux中一組Device Tree的API,這些API通常被冠以of_前綴，它們的實(shí)現(xiàn)代碼位于內(nèi)核的drivers/of目錄。這些常用的API包括：

int of_device_is_compatible(const struct device_node *device,const char *compat);

判 斷設(shè)備結(jié)點(diǎn)的compatible 屬性是否包含compat指定的字符串。當(dāng)一個(gè)驅(qū)動(dòng)支持2個(gè)或多個(gè)設(shè)備的時(shí)候，這些不同.dts文件中設(shè)備的compatible 屬性都會(huì)進(jìn)入驅(qū)動(dòng) OF匹配表。因此驅(qū)動(dòng)可以透過Bootloader傳遞給內(nèi)核的Device Tree中的真正結(jié)點(diǎn)的compatible 屬性以確定究竟是哪一種設(shè)備，從而根據(jù)不同的設(shè)備類型進(jìn)行不同的處理。如drivers/pinctrl/pinctrl-sirf.c即兼容 于"sirf,prima2-pinctrl"，又兼容于"sirf,prima2-pinctrl"，在驅(qū)動(dòng)中就有相應(yīng)分支處理：

1682 if (of_device_is_compatible(np, "sirf,marco-pinctrl")) 1683 is_marco = 1; struct device_node *of_find_compatible_node(struct device_node *from,

???????? const char *type, const char *compatible);

根據(jù)compatible屬性，獲得設(shè)備結(jié)點(diǎn)。遍歷Device Tree中所有的設(shè)備結(jié)點(diǎn)，看看哪個(gè)結(jié)點(diǎn)的類型、compatible屬性與本函數(shù)的輸入?yún)?shù)匹配，大多數(shù)情況下，from、type為NULL。

int of_property_read_u8_array(const struct device_node *np,

???????????????????? const char *propname, u8 *out_values, size_t sz);

int of_property_read_u16_array(const struct device_node *np,

????????????????????? const char *propname, u16 *out_values, size_t sz);

int of_property_read_u32_array(const struct device_node *np,

????????????????????? const char *propname, u32 *out_values, size_t sz);

int of_property_read_u64(const struct device_node *np, const char

*propname, u64 *out_value);

讀 取設(shè)備結(jié)點(diǎn)np的屬性名為propname，類型為8、16、32、64位整型數(shù)組的屬性。對(duì)于32位處理器來講，最常用的是 of_property_read_u32_array()。如在arch/arm/mm/cache-l2x0.c中，透過如下語句讀取L2 cache的"arm,data-latency"屬性：

534 of_property_read_u32_array(np, "arm,data-latency", 535 data, ARRAY_SIZE(data));

在arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dts中，含有"arm,data-latency"屬性的L2 cache結(jié)點(diǎn)如下：

137 L2: cache-controller@1e00a000 { 138 compatible = "arm,pl310-cache"; 139 reg = <0x1e00a000 0x1000>; 140 interrupts = <0 43 4>; 141 cache-level = <2>; 142 arm,data-latency = <1 1 1>; 143 arm,tag-latency = <1 1 1>; 144 }

有些情況下，整形屬性的長度可能為1，于是內(nèi)核為了方便調(diào)用者，又在上述API的基礎(chǔ)上封裝出了更加簡單 的讀單一整形屬性的API，它們?yōu)閕nt of_property_read_u8()、of_property_read_u16()等，實(shí)現(xiàn)于include/linux/of.h：

513 static inline int of_property_read_u8(const struct device_node *np, 514 const char *propname, 515 u8 *out_value) 516 { 517 return of_property_read_u8_array(np, propname, out_value, 1); 518 } 519 520 static inline int of_property_read_u16(const struct device_node *np, 521 const char *propname, 522 u16 *out_value) 523 { 524 return of_property_read_u16_array(np, propname, out_value, 1); 525 } 526 527 static inline int of_property_read_u32(const struct device_node *np, 528 const char *propname, 529 u32 *out_value) 530 { 531 return of_property_read_u32_array(np, propname, out_value, 1); 532 }
int of_property_read_string(struct device_node *np, const char

*propname, const char **out_string);

int of_property_read_string_index(struct device_node *np, const char

?? ?*propname, int index, const char **output);

前 者讀取字符串屬性，后者讀取字符串?dāng)?shù)組屬性中的第index個(gè)字符串。如drivers/clk/clk.c中的 of_clk_get_parent_name()透過of_property_read_string_index()遍歷clkspec結(jié)點(diǎn)的所 有"clock-output-names"字符串?dāng)?shù)組屬性。

1759 const char *of_clk_get_parent_name(struct device_node *np, int index) 1760 { 1761 struct of_phandle_args clkspec; 1762 const char *clk_name; 1763 int rc; 1764 1765 if (index < 0) 1766 return NULL; 1767 1768 rc = of_parse_phandle_with_args(np, "clocks", "#clock-cells", index, 1769 &clkspec); 1770 if (rc) 1771 return NULL; 1772 1773 if (of_property_read_string_index(clkspec.np, "clock-output-names", 1774 clkspec.args_count ? clkspec.args[0] : 0, 1775 &clk_name) < 0) 1776 clk_name = clkspec.np->name; 1777 1778 of_node_put(clkspec.np); 1779 return clk_name; 1780 } 1781 EXPORT_SYMBOL_GPL(of_clk_get_parent_name);
static inline bool of_property_read_bool(const struct device_node *np,

???????????????????????????????????????? const char *propname);

如果設(shè)備結(jié)點(diǎn)np含有propname屬性，則返回true，否則返回false。一般用于檢查空屬性是否存在。

?

void __iomem *of_iomap(struct device_node *node, int index);

通 過設(shè)備結(jié)點(diǎn)直接進(jìn)行設(shè)備內(nèi)存區(qū)間的 ioremap()，index是內(nèi)存段的索引。若設(shè)備結(jié)點(diǎn)的reg屬性有多段，可通過index標(biāo)示要ioremap的是哪一段，只有1段的情 況，index為0。采用Device Tree后，大量的設(shè)備驅(qū)動(dòng)通過of_iomap()進(jìn)行映射，而不再通過傳統(tǒng)的ioremap。

unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev, int index);

透過Device Tree或者設(shè)備的中斷號(hào)，實(shí)際上是從.dts中的interrupts屬性解析出中斷號(hào)。若設(shè)備使用了多個(gè)中斷，index指定中斷的索引號(hào)。

還有一些OF API，這里不一一列舉，具體可參考include/linux/of.h頭文件。

5.?? ?總結(jié)

ARM 社區(qū)一貫充斥的大量垃圾代碼導(dǎo)致Linus盛怒，因此社區(qū)在2011年到2012年進(jìn)行了大量的工作。ARM Linux開始圍繞Device Tree展開，Device Tree有自己的獨(dú)立的語法，它的源文件為.dts，編譯后得到.dtb，Bootloader在引導(dǎo)Linux內(nèi)核的時(shí)候會(huì)將.dtb地址告知內(nèi)核。之 后內(nèi)核會(huì)展開Device Tree并創(chuàng)建和注冊(cè)相關(guān)的設(shè)備，因此arch/arm/mach-xxx和arch/arm/plat-xxx中大量的用于注冊(cè)platform、 I2C、SPI板級(jí)信息的代碼被刪除，而驅(qū)動(dòng)也以新的方式和.dts中定義的設(shè)備結(jié)點(diǎn)進(jìn)行匹配。

本文出自 “宋寶華的博客” 博客，請(qǐng)務(wù)必保留此出處http://21cnbao.blog.51cto.com/109393/1105647

創(chuàng)作挑戰(zhàn)賽新人創(chuàng)作獎(jiǎng)勵(lì)來咯，堅(jiān)持創(chuàng)作打卡瓜分現(xiàn)金大獎(jiǎng)

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的ARM Linux 3.x的设备树（Device Tree）的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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