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Linux设备树基础知识

相关文件

dts

dts后缀文件中保留了硬件相应的信息,在Linux源码中可找到大量.dts文件,ARM架构中在arch/arm/boot/dts文件夹中找到相应的dts文件,一个dts文件对应一个ARM的machie。

dtsi

值得一提的是,对于一些相同的dts配置可以抽象到dtsi文件中,然后类似于C语言的方式可以include到dts文件中,对于同一个节点的设置情况,dts中的配置会覆盖dtsi中的配置。

dtc

dtc是编译dts的工具,可以在Ubuntu系统上通过指令apt-get install device-tree-compiler安装dtc工具,不过在内核源码scripts/dtc路径下已经包含了dtc工具。

dtb

dtb(Device Tree Blob),dts经过dtc编译之后会得到dtb文件,dtb通过Bootloader引导程序加载到内核。所以Bootloader需要支持设备树才行;Kernel也需要加入设备树的支持;

编译与反编译

编译

dtc -I dts -O dtb  *.dts > my.dtb

反编译

dtc -I dtb -O dts *.dtb > my.dts

DTS结构

  • 1个root节点”/”;
  • root节点下面含一系列子节点,“node1” and “node2”
  • 节点node1和下又含有一系列子节点,“child-node1” and “child-node2”
  • 各个节点都有一系列属性
  • 这些属性可能为空,如an-empty-property
  • 可能为字符串,如a-string-property
  • 可能为字符串树组,如a-string-list-property
  • 可能为Cells(由u32整数组成),如second-child-property

DTS语法

在Linux Kernel中,以dts为后缀的文件就是描述硬件信息的设备树源文件。在该文件中,一个node的格式为:

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

其中:

[] 表示option,如果没有任何option,则表示该节点为空节点。

label表示在dts文件中引用的基本数据类型,数据类型包括:

  • text string(以null结束),以双引号括起来,如:
    string-property = “a string”
  • cells 是32位无符号整形数,以尖括号括起来,如
    cell-property = <0xbeef 123 0xabcd1234>
  • binary data 以方括号括起来,如:
    binary-property = [0x01 0x23 0x45 0x67];
  • 不同类型数据可以在同一个属性中存在,以逗号分格,如:
    mixed-property = “a string”, [0x01 0x23 0x45 0x67], <0x12345678>;
  • 多个字符串组成的列表也使用逗号分格,如:
    string-list = “red fish”,“blue fish”;

DTS组成

标准属性

compatible

每一个dts文件都是由一个root的根节点组成,内核通过根节点“/”的兼容性即可判断它启动的是什么设备,其代码结构如下

/ {
	model = "Spreadtrum SC9830A-5 V1.0.0 Smartphone Board";

	compatible = "sprd,sp9830a-5h10-ga1", "sprd,sc9830";

	chosen {
		bootargs = "earlycon=sprd_serial,0x70100000,115200n8 loglevel=8 console=ttyS1,115200n8 init=/init root=/dev/ram0 rw androidboot.hardware=sc9830";
		linux,initrd-start = <0x85500000>;
		linux,initrd-end = <0x855a3212>;
	};
};
  • model属性值是,它指定制造商的设备型号。推荐的格式是:“manufacturer,model”,其中manufacturer是一个字符串描述制造商的名称,而型号指定型号。
  • compatible属性值是,指定了系统的名称,是一个字符串列表,它包含了一个“<制造商>,<型号>”形式的字符串。重要的是要指定一个确切的设备,并且包括制造商的名字,以避免命名空间冲突。
  • chosen 节点不代表一个真正的设备,但功能与在固件和操作系统间传递数据的地点一样,如根参数,取代以前bootloader的启动参数,控制台的输入输出参数等

#address-cells和#size-cells

  • #address-cells = <1>: 基地址、片选号等绝对起始地址所占字长,单位uint32
  • #size-cells = <1>: 长度所占字长,单位uint32
soc {
	#address-cells = <1>;
	#size-cells = <1>;
	serial {
		compatible = "ns16550";
		reg = <0x4600 0x100>;
		clock-frequency = <0>;
		interrupts = <0xA 0x8>;
		interrupt-parent = <&ipic>;
	};
};

CPU addressing

在讨论寻址时,CPU节点代表了最简单的情况。 每个CPU都分配有一个唯一的ID,并且没有与CPU ID相关联的大小。

cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            reg = <0>;
        };
        cpu@1 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            reg = <1>;
        };
    };

在cpus节点,#address-cells被设置成了1,#size-cells被设置成了0。这是说子reg值是单独的uint32,它用无大小字段表示地址。在此情况下,这两个cpu分配到的地址为0和1。Cpu节点的#size-cells是0因为每个cpu只分配到了一个单独的地址。
你仍然需要注意reg值班需要与节点名的值相匹配。按照惯例,如果一个节点有一个reg属性,那么这个节点名称必须包括unit-address,这是reg属性的第一个address值。

Memory Mapped Devices

与在cpu节点中单独的address值不同,内存映射设备被分配了一系列将要响应的地址,因此不仅需要包含内存的基地址而且还需要映射地址的长度,因此需要使用#size-cells用来表示在每个子reg元组中长度字段的大小。在以下示例中,每个address值为1 cell(32 bits),每个长度值也是1 cell,这在32 bit系统是比较典型的。64 bit设备也许会为#address-cells和#size-cells使用数值2,在device tree中获取64 bit addressing。

/dts-v1/;

/ {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    ...
    serial@101f0000 {
        compatible = "arm,pl011";
        reg = <0x101f0000 0x1000 >;
    };

    serial@101f2000 {
        compatible = "arm,pl011";
        reg = <0x101f2000 0x1000 >;
    };

    gpio@101f3000 {
        compatible = "arm,pl061";
        reg = <0x101f3000 0x1000 0x101f4000 0x0010>;
    };

    interrupt-controller@10140000 {
        compatible = "arm,pl190";
        reg = <0x10140000 0x1000 >;
    };

    spi@10115000 {
        compatible = "arm,pl022";
        reg = <0x10115000 0x1000 >;
    };
    ...
};

Non Memory Mapped Devices

处理器总线的其它设备为非内存映射设备。他们有地址范围,但不能被CPU直接寻址。母设备的驱动程序将代替CPU进行间接访问。以i2c设备为例,每个设备都分配了一个地址,但没有长度或范围与之相匹配。这与CPU地址分配很相似。

 i2c@1,0 {
     compatible = "acme,a1234-i2c-bus";
     #address-cells = <1>;
     #size-cells = <0>;
     reg = <1 0 0x1000>;
     rtc@58 {
         compatible = "maxim,ds1338";
         reg = <58>;
     };
 };

Ranges (Address Translation)

我们已经讨论过如何向设备分配地址,但此时这些地址只是本地设备节点,还没有说明如何从那些地址里映射到cpu可以使用的地址。根节点经常描述地址空间的CPU视图。根节点的子节点已经使用了CPU的address domain,所以不需要任何明确的映射。例如,serial@101f0000设备被直接分配了地址0x101f0000。
根节点的非直接子节点是无法使用CPU的address domain的。为了在deivce tree获取内存映射地址必须指定如何从一个域名将地址转换到另一个。Ranges属性就用于此目的。以下是添加了ranges属性的device tree示例。

/dts-v1/;
/ {
    compatible = "acme,coyotes-revenge";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    ...
    external-bus {
        #address-cells = <2>
        #size-cells = <1>;
        ranges = <0 0 0x10100000 0x10000 // Chipselect 1, Ethernet 1 0 0x10160000 0x10000 // Chipselect 2, i2c controller 2 0 0x30000000 0x1000000>; // Chipselect 3, NOR Flash

        ethernet@0,0 {
            compatible = "smc,smc91c111";
            reg = <0 0 0x1000>;
        };

        i2c@1,0 {
            compatible = "acme,a1234-i2c-bus";
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <0>;
            reg = <1 0 0x1000>;
            rtc@58 {
                compatible = "maxim,ds1338";
                reg = <58>;
            };
        };

        flash@2,0 {
            compatible = "samsung,k8f1315ebm", "cfi-flash";
            reg = <2 0 0x4000000>;
        };
    };
};

Ranges是一个地址转换列表。每个输入ranges表格的是包含子地址的元组,母地址和子地址空间的范围大小。每个字段的大小都由获取的子地址的#address-cells值,母地址的#address-cell值和子地址的#size-cells值而定。以外部总线为例,子地址是2 cells,母地址是1 cell,大小也为1 cell。转换三个ranges:

  • Offset 0 from chip select 0 is mapped to address range 0x10100000…0x1010ffff
  • Offset 0 from chip select 1 is mapped to address range 0x10160000…0x1016ffff
  • Offset 0 from chip select 2 is mapped to address range 0x30000000…0x30ffffff

例如上面的总线是有片选的,就需要描述片选及片选的偏移量,在说明地址时,还需要说明地址映射范围。

status

status标识了设备的状态,可选值如下:

  • okay:表示设备正在运行
  • disabled:表示该设备被禁用,目前尚未运行,但将来可能会运行。
  • fail:表示设备无法运行。 在设备中检测到严重错误,确实如此没有修理就不可能投入运营
  • fail-sss:表示设备无法运行。 在设备中检测到严重错误,它是没有修理就不可能投入运营。 值的sss部分特定于设备并指示检测到的错误情况。

中断映射

与遵循树的自然结构而进行的地址转换不同,机器上的任何设备都可以发起和终止中断信号。另外地址的编址也不同于中断信号,前者是设备树的自然表示,而后者者表现为独立于设备树结构的节点之间的链接。 下图显示了设备的自然结构以及每个节点在逻辑中断树中的位置。

上图包括以下部分:

  • open-pic中断控制器是中断树的根
  • 中断树根有三个子设备,它们将中断直接路由到open-pic
    • device1
    • PCI host controller
    • GPIO Controller
  • 存在三个中断域; 一个以开放式pic节点为根,一个在PCI主桥节点,一个在GPIO Controller节点上
  • 有两个nexus节点; 一个位于PCI主桥,一个位于GPIO控制器。

中断类型:

属性 属性值 描述
#interrupts prop-encoded-array 一个设备节点属性,该属性主要描述了中断的HW interrupt ID以及类型
#interrupt-parent phandle 该属性主要描述了该设备的interrupt request line连接到哪一个interrupt controller,那些没有 interrupt-parent 的节点则从它们的父节点中继承该属性
#interrupts-extended phandle prop-encoded-array 列出了设备生成的中断,当设备连接到多个中断控制器
#interrupt-cells u32 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(类似于 #address-cells 和 #size-cells),则子节点的interrupts一个cell三个32bits整型值: <中断域 中断 触发方式>
#interrupt-controller empty 一个空属性用来声明这个node接收中断信号

下面显示了具有PCI总线控制器和采样中断的设备片段

soc {
	compatible = "simple-bus";
	#address-cells = <1>;
	#size-cells = <1>;
	open-pic {
		clock-frequency = <0>;
		interrupt-controller;
		#address-cells = <0>;
		#interrupt-cells = <2>;
	};
	pci {
		#interrupt-cells = <1>;
		#size-cells = <2>;
		#address-cells = <3>;
		interrupt-map-mask = <0xf800 0 0 7>;
		interrupt-map = < / * IDSEL 0x11 - PCI slot 1* / 0x8800 0 0 1 &open-pic 2 1 / * INTA* / 0x8800 0 0 2 &open-pic 3 1 / * INTB* / 0x8800 0 0 3 &open-pic 4 1 / * INTC* / 0x8800 0 0 4 &open-pic 1 1 / * INTD* / / * IDSEL 0x12 - PCI slot 2* / 0x9000 0 0 1 &open-pic 3 1 / * INTA* / 0x9000 0 0 2 &open-pic 4 1 / * INTB* / 0x9000 0 0 3 &open-pic 1 1 / * INTC* / 0x9000 0 0 4 &open-pic 2 1 / * INTD* / >;
	};
};

特殊节点

aliases节点为了解决节点路径名过长的问题,引入了节点别名的概念,可以引用到一个全路径的节点。如/external-bus/ethernet@0,0,但当用户想知道具体内容的时候显得太累赘,“哪个设备是eth0?”

aliases {
        ethernet0 = ð0;
        serial0 = &serial0;
};

当为设备分配一个标识符的时候,操作系统更倾向于使用aliases。

参考链接:

 

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本文链接: Linux设备树基础知识
本文作者: Jan.
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Source: github.com/k4yt3x/flowerhd
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