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【Linux驱动开发】Linux设备树详解

时间:2021-09-03 18:43:40

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【Linux驱动开发】Linux设备树详解

目录

一、设备树基础

1、概念

2、文件格式

3、编译工具

二、DTS语法

1、.dtsi 头文件

2、设备节点

3、标准属性

4、compatible 属性详解

5、修改设备树文件,增加或修改节点

三、设备树在系统中的体现

四、Linux 内核解析 DTB 文件流程

五、绑定信息文档

六、设备树常用 OF 操作函数

(1)查找节点的 OF 函数

(2)查找父/子节点的 OF 函数

(3)提取属性值的 OF 函数

(4)其他常用的 OF 函数

一、设备树基础

1、概念

设备树(Device Tree),将这个词分开就是“设备”和“树”,描述设备树的文件叫做 DTS(Device Tree Source),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。如图所示。

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图所示的结构来描述板子上的设备信息。

2、文件格式

设备树相关文件均在arch/arm/boot/dts/ 文件夹,如图:

3、编译工具

DTC 工具源码在 Linux 内核的 scripts/dtc 目录下。

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。

在 arch/arm/boot/dts/Makefile 中新增需要编译的DTS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:

二、DTS语法

1、.dtsi 头文件

在.dts 设备树文件中,可以通过“#include”来引用.h、.dtsi 和.dts 文件。 .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。

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。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。

imx6ull.dtsi 文件节选设备树文件内容:

/ { aliases { can0 = &flexcan1; };cpus { #address-cells = <1>;#size-cells = <0>;cpu0: cpu@0 {compatible = "arm,cortex-a7";device_type = "cpu";reg = <0>;};};intc: interrupt-controller@00a01000 {compatible = "arm,cortex-a7-gic";#interrupt-cells = <3>;interrupt-controller;reg = <0x00a01000 0x1000>,<0x00a02000 0x100>;};}

“/”是根节点,每个设备树文件只有一个根节点。

(1)设备树中节点命名格式

节点标签:节点名@设备的地址或寄存器首地址

label: node-name@unit-address ​​​

例如:cpu0:cpu@0

(2)设备树源码中常用的几种数据形式如下所示:

①字符串

compatible ="arm,cortex-a7";

上述代码设置 compatible 属性的值为字符串“arm,cortex-a7”。

②32 位无符号整数

reg =<0>;

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: reg =<0 0x123456 100>;

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:

compatible ="fsl,imx6ull-gpmi-nand", "fsl, imx6ul-gpmi-nand";

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。

4、compatible 属性详解

(1)根节点“/”也有 compatible 属性。imx6ull-iot-emmc.dts 文件中根节点的 compatible 属性如图:(2)arch/arm/mach-imx/mach-imx6ul.c 文件最后有设备兼容属性:

static const char *imx6ul_dt_compat[] __initconst = {"fsl,imx6ul","fsl,imx6ull",NULL,};DT_MACHINE_START(IMX6UL, "Freescale i.MX6 Ultralite (Device Tree)").map_io= imx6ul_map_io,.init_irq= imx6ul_init_irq,.init_machine= imx6ul_init_machine,.init_late= imx6ul_init_late,.dt_compat= imx6ul_dt_compat,MACHINE_END

设备(板子)根节点“/”的 compatible 属性值与 imx6ul_dt_compat 表中的任何一个值相等,那么就表示 Linux 内核支持此设备。

例如:imx6ull-iot-emmc.dts 文件根节点的 compatible 属性值如下:

compatible = "fsl,imx6ull-14x14-evk", "fsl,imx6ull";

有匹配的节点属性“fsl,imx6ull”,则Linux内核支持此设备,可正常启动。

如果匹配不到对应属性,Linux 内核找不到对应的设备,则无法启动。在 uboot 输出就卡在Starting kernel…

(3)Linux 内核通过根节点 compatible 属性找到对应的设备的函数调用过程:

5、修改设备树文件,增加或修改节点

例如 arch/arm/boot/dts/imx6ull-iot-emmc.dts 文件i2c1节点:

&i2c1 {clock-frequency = <100000>;pinctrl-names = "default";pinctrl-0 = <&pinctrl_i2c1>;status = "okay";mag3110@0e {compatible = "fsl,mag3110";reg = <0x0e>;position = <2>;};fxls8471@1e {compatible = "fsl,fxls8471";reg = <0x1e>;position = <0>;interrupt-parent = <&gpio5>;interrupts = <0 8>;};};

&i2c1 表示要访问 i2c1 这个 label 所对应的节点。“clock-frequency”为新添加的属性,表示 i2c1 时钟为 100KHz。将 status 属性的值由原来的 disabled 改为 okay。 i2c1 子节点 mag3110,NXP 官方开发板在 I2C1 上接了一个磁力计芯片 mag3110。i2c1 子节点 fxls8471,NXP 官方开发板在 I2C1 上接了 fxls8471六轴芯片。

三、设备树在系统中的体现

Linux 内核启动的时候会解析设备树中各个节点的信息,并且在根文件系统的/proc/device-tree 目录下根据节点名字创建不同文件夹

/proc/device-tree 目录就是设备树在根文件系统中的体现。

(1)输入以下命令,会进入/sys/firmware/devicetree/base :

cd proc/device-tree/

如图,为根节点“/”的所有属性和子节点:

(2)cat 命令来查看 model 和 compatible 这两个文件的内容:(3)查看soc节点soc 节点的所有子节点:

(4) 特殊节点

aliases 子节点:主要功能就是定义别名,定义别名的目的就是为了方便访问节点。chosen 子节点:主要是为了 uboot 向 Linux 内核传递数据,重点是 bootargs 参数。进入/proc/device-tree/chosen 目录查看:

bootargs 环境变量的值是在uboot 中设置的,而 uboot 中的 fdt_chosen 函数在设备树的 chosen 节点中加入了 bootargs 属性,并且还设置了 bootargs 属性值。

bootz 80800000 – 83000000

输入以上命令并执行以后,do_bootz 函数就会执行。

调用关系如下:

四、Linux内核解析DTB文件流程

Linux 内核在启动的时候会解析 DTB 文件,然后在/proc/device-tree 目录下生成相应的设备树节点文件。

解析流程如下:

五、绑定信息文档

Linux 内核源码中有详细的.txt 文档描述了如何添加节点,这些.txt 文档叫做绑定文档。 路径在Linux 源码目录:/Documentation/devicetree/bindings

六、设备树常用 OF 操作函数

Linux 内核给我们提供了一系列函数来获取设备树中的节点或者属性信息,这一系列函数都有统一的前缀“of_”,也叫做 OF 函数。 OF 函数原型都定义在 include/linux/of.h 文件。

(1)查找节点的 OF 函数

设备都是以节点的形式“挂”到设备树上的,因此要想获取这个设备的其他属性信息,必须先获取到这个设备的节点。Linux 内核使用 device_node 结构体来描述一个节点,此结构体定义在文件 include/linux/of.h 中。

(2)查找父/子节点的 OF 函数

(3)提取属性值的 OF 函数

(4)其他常用的 OF 函数

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