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图解Kernel Device Tree(设备树)的使用

2022-08-03 07:47:00 【内核笔记】

活动地址：CSDN21天学习挑战赛

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文章目录

一、device Tree包含的硬件信息有哪些？（海纳百川？）
二、Device Tree示例 (线头)
三、Device Tree语法解析（药引子）
四、特殊节点的介绍
五、属性

平台	内核版本	安卓版本
RK3399	Linux4.4	Android7.1

本质上，Device Tree改变了原来用hardcode方式将HW 配置信息嵌入到内核代码的方法，改用bootloader传递一个DB的形式。对于基于ARM CPU的嵌入式系统，我们习惯于针对每一个platform进行内核的编译。但是随着ARM在消费类电子上的广泛应用（甚至桌面系统、服务器系统），我们期望ARM能够象X86那样用一个kernel image来支持多个platform。在这种情况下，如果我们认为kernel是一个black box，那么其输入参数应该包括：

识别platform的信息
runtime的配置参数
设备的拓扑结构以及特性

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对于嵌入式系统，在系统启动阶段，bootloader会加载内核并将控制权转交给内核，此外，还需要把上述的三个参数信息传递给kernel如上图，以便kernel可以有较大的灵活性。在linux kernel中，Device Tree的设计目标就是如此。

一、device Tree包含的硬件信息有哪些？（海纳百川？）

Device Tree是否可以描述所有的硬件信息？
答案是不行的，因为基本上，那些可以动态探测到的设备是不需要描述的，例如USB device。不过对于SOC上的usb host controller，它是无法动态识别的，需要在device tree中描述。同样的道理，在computer system中，PCI device可以被动态探测到，不需要在device tree中描述，但是PCI bridge如果不能被探测，那么就需要描述之。需要描述的内容一般包括:

CPUs
Memory
Buses
Peripheral connections
Interrupt Controllers
GPIO controllers
Clock controllers

二、Device Tree示例 (线头)

为了了解Device Tree的结构，我们首先给出一个Device Tree的示例：
最重要的属性 compatible, reg, clocks, interrupts, and status。
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下面我们一起对其解析：

三、Device Tree语法解析（药引子）

其实DeviceTree的结构非常简单，由两种元素组成：Node(节点)、Property(属性)。
从上图中可以看出，device tree的基本单元是node。系统中的每个设备用一个node来描述，这些node被组织成树状结构，除了root node，每个node都只有一个parent。一个device tree文件中只能有一个root node。每个node中包含了若干的property/value来描述该node的一些特性。每个node用节点名字（node name）标识，节点名字的格式是:

node-name说明了何种设备，必须使用字符开头
unit-address访问此设备的主地址，必须唯一，必须和此节点的reg属性的开始地址一致

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

“[]”表示option，因此可以定义一个只有node name的空节点。label方便在dts文件中引用。child node的格式和node是完全一样的，因此，一个dts文件中就是若干嵌套组成的node，property以及child note、child note property描述。
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注意：

如果该node没有reg属性，那么该节点名字中必须不能包括@和unit-address，例如上图spi0总线下的devicechild node。unit-address的具体格式是和设备挂在那个bus上相关。例如对于cpu，其unit-address就是从0开始编址，以此加一。而具体的设备，例如以太网控制器，其unit-address就是寄存器地址。root node的node name是确定的，必须是“/”。

四、特殊节点的介绍

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4.1、根节点root node

只能有一个root node,它用来描述从CPU端看到的地址空间，至少需要用cpu和memory节点组成，如下:

/ {
    
	compatible = "rockchip,rk3399";

	interrupt-parent = <&gic>;
	#address-cells = <2>;
	#size-cells = <2>;
	cpus {
    
		......
	}

4.2、别名节点

aliases 节点定义了一些别名。为何要定义这个node呢？因为Device tree是树状结构，当要引用一个node的时候要指明相对于root node的full path，例如/node1/child-node1。如果多次引用，每次都要写这么复杂的字符串多少是有些麻烦，因此可以在aliases节点定义一些设备节点full path的缩写。
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4.3、CPU节点

对于根节点，必须有一个cpus的child node来描述系统中的CPU信息。

	cpus {
    
		#address-cells = <2>;
		#size-cells = <0>;

		cpu_l0: [email protected]0 {
    
			device_type = "cpu";
			compatible = "arm,cortex-a53", "arm,armv8";
			reg = <0x0 0x0>;
			enable-method = "psci";
			#cooling-cells = <2>; /* min followed by max */
			clocks = <&cru ARMCLKL>;
			dynamic-power-coefficient = <100>;
		};

4.4、Memory节点

memory device node是所有设备树文件的必备节点，它定义了系统物理内存的layout。device_type属性定义了该node的设备类型，例如cpu、serial等。对于memory node，其device_type必须等于memory。reg属性定义了访问该device node的地址信息，该属性的值被解析成任意长度的（address，size）数组，具体用多长的数据来表示address和size是在其parent node中定义（#address-cells和#size-cells）。对于device node，reg描述了memory-mapped IO register的offset和length。对于memory node，定义了该memory的起始地址和长度。

4.5、可选节点

chosen node主要用来描述由系统firmware指定的runtime parameter。如果存在chosen这个node，其parent node必须是名字是“/”的根节点。原来通过tag list传递的一些linux kernel的运行时参数可以通过Device Tree传递。例如command line可以通过bootargs这个property这个属性传递；initrd的开始地址也可以通过linux,initrd-start这个property这个属性传递。在实际中，建议增加一个bootargs的属性，例如：

chosen {
            bootargs = "console=ttymxc0,115200";    };

我们知道，device tree用于HW platform识别，runtime parameter传递以及硬件设备描述。chosen节点并没有描述任何硬件设备节点的信息，它只是传递了runtime parameter。

五、属性

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5.1、Compatible属性和model属性

“compatible”属性通常用来device和driver的适配，推荐的格式为”manufacturer,model”
demo:

compatible = "fsl,imx6ul-evk-wm8960","fsl,imx-audio-wm8960";

fsl表示厂商，“imx6ul-evk-wm8960” 和 “imx-audio-wm8960 “表示驱动模块名字。该设备在linux内核先查找第一个兼容值"imx6ul-evk-wm8960”，找不到再找第二兼容值"imx-audio-wm8960”

一般驱动程序文件.c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，

demo

static const struct of_device_id imx_wm8960_dt_ids[] = 
{
    
	{
     .compatible = "fsl,imx-audio-wm8960", }  ,
	{
     .compatible = "fsl,imx6ul-evk-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.c文件

“model”属性只是简单的表示型号，root节点用其来传递值给machine_desc_str
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。

model = "wm8960-audio";

5.2、属性标签

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5.3、寻址属性

如果一个device node中包含了有寻址需求（要定义reg property）的sub node（后文也许会用child node，和sub node是一样的意思），那么就必须要定义这两个属性。

#address-cells
defines the number of cells used to encode the address field in a child node’s reg property
#size-cells
property defines the number of cells used to encode the size field in a child node’s reg property.

其中“#”是number的意思，#address-cells这个属性是用来描述sub node中的reg属性的地址域特性的，也就是说需要用多少个u32的cell来描述该地址域。

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

在 spi 节点中，#address-cells 设置为 1，#size-cells 设置为 0。
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5.4、中断

属性	含义
`interrupt-controller`	a property of the interrupt controller node. It states how many cells are in an interrupt specifier for this interrupt controller (Similar to #address-cells and #size-cells).
`#interrupt-cells`	a property of the interrupt controller node. It states how many cells are in an interrupt specifier for this interrupt controller (Similar to #address-cells and #size-cells).
`interrupt-parent`	A property of a device node containing a list of interrupt specifiers, one for each interrupt output signal on the device.
`interrupts`	A property of a device node containing a list of interrupt specifiers, one for each interrupt output signal on the device.
具体各个`HW block`的`interrupt source`是如何物理的连接到`interruptcontroller`的呢？在`dts`文件中是用`interrupt-parent`这个属性来标识的。且慢，这里定义`interrupt-parent`属性的是`root node`，难道`root node`会产生中断到`interrupt controller`吗？当然不会，只不过如果一个能够产生中断的`device node`没有定义`interrupt-parent`的话，其`interrupt-parent`属性就是跟随`parent node`。因此，与其在所有的下游设备中定义`interrupt-parent`，不如统一在`root node`中定义了。
`intc`是一个`lable`，标识了一个`device node`（在本例中是标识了`intc`: `[email protected]`这个`device node`）。实际上，`interrupt-parent`属性值应该是是一个`u32`的整数值（这个整数值在`Device Tree`的范围内唯一识别了一个`device node`，也就是`phandle`），不过，在`dts`文件中中，可以使用类似`c`语言的`Labels and References`机制。定义一个`lable`，唯一标识一个`node`或者`propert`y，后续可以使用`&`来引用这个`lable`。`DTC`会将`lable`转换成`u32`的整数值放入到`DTB`中，用户层面就不再关心具体转换的整数值了。
关于`interrupt`，我们值得进一步描述。在`Device Tree`中，有一个概念叫做`interrupt tree`，也就是说`interrupt`也是一个树状结构。我们以下图为例（该图来自`Power_ePAPR_APPROVED_v1.1`）：

5.5、节点状态

可以使用okay和disabled来打开和注掉某一个驱动的设备注册。

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

值	描述
“okay”	设备是可操作
“disable”	设备当前是不可操作
“fail”	备不可操作，设备检测到了一系列的错误，而且设备也不大可能变得可操作
“fail-sss”	含义和“fail”相同

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