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Linux设备驱动之devicetree

[日期:2016-12-11] 来源:Linux社区  作者:archiexie [字体: ]

Devicetree(设备树)是用来描述系统硬件信息的树模型,其旨在unify内核。通过bootloader将devicetree的信息传给kernel,然后kernel根据这些设备描述初始化相应的板级驱动,达到一个内核多个平台共享的目的。


Overview

Devicetree主要为描述不可插拔(非动态)设备的板级硬件信息而设计的。它由分层的描述设备信息的节点(node)组成树结构。每个node包含的内容通过property/value对来表示。除root节点外,每个节点都有parent。如图所示:
simple example

Node Names

除root节点名用'/'表示外,其余节点都由node-name@unit-address来命名,且同一层级必须是唯一的。

  • node-name

    表示节点名,由1-31个字符组成。如非必须,推荐使用以下通用的node-name: 
    cpu、memory、memory-controller、gpio、serial、watchdog、flash、compact-flash、rtc、interrupt-controller、dma-controller、ethernet、ethernet-phy、timer、mdio、spi、i2c、usb、can、keyboard、ide、disk、display、sound、atm、cache-controller、crypto、fdc、isa、mouse、nvram、parallel、pc-card、pci、pcie、sata、scsi、vme。
  • unit-address

    表示这个节点所在的bus类型。它必须和节点中reg属性的第一个地址一致。如果这个节点没有reg属性,则不需“@unit-address”。

Path Names

表示一个节点的完整路径(full path)。型如:

    /node-name-1/node-name-2/node-name-N

Properties

每个节点包含的主要内容就是这个所描述的设备的属性信息,由name和value组成:

  • Property Names

    1-31个字符,可包含字母、数字、及‘,’,‘.’,‘_’,‘+’,‘?’,‘#’。
  • Property Values

ValueDescription
empty 属性值为空,用来表示true-false信息
u32/u64 32/64位大端字节序的无符号整形,表示时需加<>
string,stringlist null-terminated字符串或其组成的列表

Standard Properties

  • compatible

    Value type: <stringlist>
    Description:
        表示兼容的设备类型,内核据此选择合适的驱动程序。由多个字符串组成,从左到由列出这个设备兼容的驱动(from most specific to most general)。
        推荐的格式为:“制造商名,具体型号”。
    Example:
        compatible = "fsl,mpc8641-uart", "ns16550";
        内核先搜索支持“fsl,mpc8641-uart”的驱动,如未找到,则搜索支持更通用的“ns16550”设备类型的驱动。
  • model

    Value type: <stringlist>
    Description:
        表明设备型号。
        推荐的格式为:“制造商名,具体型号”。
    Example:
        model = "fsl,MPC8349EMITX";
  • phandle

    Value type: <u32>
    Description:
        用一个树内唯一的数字标识所在的这个节点,其他节点可以直接通过这个数字标识来引用这个节点。
    Example:
        pic@10000000 {
            phandle = <1>;
            interrupt-controller;
        };
        interrupt-parent = <1>;
  • status

    Value type: <string>
    Description:
        表示设备的可用状态:
        "okay" -> 设备可用
        "disabled" -> 目前不可用,但以后可能会可用
        "fail" -> 不可用。出现严重问题,得修一下
        "fail-sss" -> 不可用。出现严重问题,得修一下。sss指明错误类型。
  • #address-cells and #size-cells

    Value type: <u32>
    Description:
        在拥有子节点的节点中使用,来描述它的字节点的地址分配问题。即分别表示子节点中使用多少个u32大小的cell来编码reg属性中的address域和size域。
        这两个属性不会继承,必须明确指出。如未指出,默认#address-cells=2,#size-cells=1。
    Example:
        soc {
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <1>;
            serial {
                reg = <0x4600 0x100>;
            };
        };
  • reg

    Value type: <prop-encoded-array> encoded as an arbitraty number of (address, length) pairs.
    Description:
        描述该设备在parent bus定义的地址空间中的地址资源分配。
    Example:
        reg = <0x3000 0x20 0xFE00 0x100>;
        a 32-byte block at offset 0x3000 and a 256-byte block at offset 0xFE00
  • virtual-reg

    Value type: <stringlist>
    Description:
        表示映射到reg第一个物理地址对应的effective address。使bootloader能够提供给内核它所建立的virtual-to-physical mappings。
  • ranges

    Value type: <empty> or <prop-encoded-array> encoded as an arbitrary number of (child-bus-address,parent-bus-address, length) triplets.
    Description:
        提供了子地址空间与父地址空间的映射关系,如果值为空则父子地址相等,无需转换。
    Example:
        soc {
            compatible = "simple-bus";
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <1>;
            ranges = <0x0 0xe0000000 0x00100000>;
    
            serial {
                compatible = "ns16550";
                reg = <0x4600 0x100>;
            };
        };
        将子节点serial的0x0地址映射到父节点soc的0xe0000000,映射长度为0x100000。此时reg的实际物理地址就为0xe0004600
  • dma-ranges

    Value type: <empty> or <prop-encoded-array> encoded as an arbitrary number of (child-bus-address,parent-bus-address, length) triplets.
    Description:
        提供了dma地址的映射方法。

Interrupts

描述中断的属性有4个:

  • interrupt-controller

    一个空的属性用来指示这个节点设备是接收中断信号的控制器。
  • #interrupt-cells

    这是上面所说中断控制器中的一个属性,用来描述需要用多少个cell来描述这个中断控制器的interrupt specifier(类似#address-cells#size-cells)。
  • interrupt-parent

    常出现在根节点的一个属性,它的属性值是指向interrupt-controller的一个phandle。可从parent继承。
  • interrupts

    包含interrupt specifiers列表,每一个specifier表示一个中断输出信号。

Example

/ {
    interrupt-parent = <&intc>;

    intc: interrupt-controller@10140000 {        
              compatible = "arm,pl190";        
              reg = <0x10140000 0x1000 >;        
              interrupt-controller;        
                #interrupt-cells = <2>;    
    };
    serial@101f0000 {        
        interrupts = < 1 0 >;    
    };
};

Base Device Node Types

所有的设备树都必须有一个root节点,且root节点下必须包含一个cpus节点和至少一个memory节点。

  • root node

    root节点须包含 #address-cells#size-cellsmodelcompatible等属性。
  • /cpus node

    cpu子节点的父节点容器。须包含 #address-cells#size-cells属性。
  • /cpus/cpu* node

    是描述系统cpu的节点。
  • /memory node

    描述系统物理内存的layout。须包含reg节点。
    Example:
    假如一个64位系统有如下两块物理内存:
    - RAM: starting address 0x0, length 0x80000000 (2GB)
    - RAM: starting address 0x100000000, length 0x100000000 (4GB)
    则我们可以有下面两种描述方法(#address-cells = <2> and #size-cells =<2>):
    Example #1
        memory@0 {
            reg = <0x000000000 0x00000000 0x00000000 0x80000000
                   0x000000001 0x00000000 0x00000001 0x00000000>;
        };
    Example #2
        memory@0 {
            reg = <0x000000000 0x00000000 0x00000000 0x80000000>;
        };
        memory@100000000 {
            reg = <0x000000001 0x00000000 0x00000001 0x00000000>;
        };
  • /chosen node

    根节点下的一个子节点,不是描述设备而是描述运行时参数。常用来给内核传递bootargs:
    chosen {
        bootargs = "root=/dev/nfs rw nfsroot=192.168.1.1 console=ttyS0,115200";
    };
  • /aliases node

    1-31个字母、数字或下划线组成的设备节点full path的别名。它的值是节点的全路径,因此最终会被编码成字符串。
    aliases {
        serial0 = "/simple-bus@fe000000/serial@llc500";
    }

Device Bindings

更多具体设备具体类别的描述信息:内核源代码/Documentation/devicetree/bindings。


DTS是描述devicetree的源文本文件,它通过内核中的DTC(Devicetree Compiler)编译后生成相应平台可烧写的二进制DTB。

Devicetree Blob (DTB) Structure

DTB又称Flattened Devicetree(FDT),在内存中的结构如下图所示:
dtb overview

大端字节序结构体:

struct fdt_header {
    uint32_t magic; /* contain the value 0xd00dfeed (big-endian) */
    uint32_t totalsize; /* the total size of the devicetree data structure */
    uint32_t off_dt_struct; /* offset in bytes of the structure block */
    uint32_t off_dt_strings; /* offset in bytes of the strings block */
    uint32_t off_mem_rsvmap; /* offset in bytes of the memory reservation block */
    uint32_t version; /* the version of the devicetree data structure */
    uint32_t last_comp_version; /* the lowest version used is backwards compatible */
    uint32_t boot_cpuid_phys; /* the physical ID of the system’s boot CPU */
    uint32_t size_dt_strings; /* the length in bytes of the strings block */
    uint32_t size_dt_struct; /* the length in bytes of the structure block */
};

Memory Reservation Block

  • Purpose

    为系统保留一些特殊用途的memory。这些保留内存不会进入内存管理系统。
  • Format

    struct fdt_reserve_entry {
        uint64_t address;
        uint64_t size;
    };

Structure Block

Devicetree结构体存放的位置。由一行行“token+内容”片段线性组成。

  • token
    每一行内容都由一个32位的整形token起始。token指明了其后内容的属性及格式。共有以下5种token:
tokenDescription
FDT_BEGIN_NODE (0x00000001) 节点起始,其后内容为节点名
FDT_END_NODE (0x00000002) 节点结束
FDT_PROP (0x00000003) 描述属性
FDT_NOP (0x00000004) nothing,devicetree解析器忽略它
FDT_END (0x00000009) block结束
  • tree structure
    • (optionally) any number of FDT_NOP tokens
    • FDT_BEGIN_NODE
      • The node’s name as a null-terminated string
      • [zeroed padding bytes to align to a 4-byte boundary]
    • For each property of the node:
      • (optionally) any number of FDT_NOP tokens
      • FDT_PROP token
        • property information
        • [zeroed padding bytes to align to a 4-byte boundary]
    • Representations of all child nodes in this format
    • (optionally) any number of FDT_NOP tokens
    • FDT_END_NODE token

Devicetree Source (DTS) Format

Node and property definitions

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

File layout

Version 1 DTS files have the overall layout:

/dts-v1/; /* dts 版本1 */
[memory reservations] /* DTB中内存保留表的入口 */
    / {
        [property definitions]
        [child nodes]
    };

本文永久更新链接地址http://www.linuxidc.com/Linux/2016-12/138208.htm

linux
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