Yun YaNan

DeviceTree

· YunYanan

设备树简介

设备树概念的引入最早可以追溯到 Kernel v2.6.22, 它是用来描述硬件的一种数据结构和语言。 在设备树引入之前， 硬件相关的资源信息都是在驱动中直接写死的， 这种方法的特点就是会有很多的冗余代码， 移植性较差。 当硬件有变动时，需要重新描述新设备的硬件资源， 然后重新编译内核或者驱动。 而引入了设备树之后这些不足之处有了很好的改善， 现在如果要移植驱动的话就只需要修改设备树文件，提供一个新平台的 dtb 文件给内核即可。

名词解释：
dts – Device Tree Source files　　　　　　// 设备树源文件
dtsi – Device Tree Source Include files　　// 可以被 dts 文件包含的设备树源文件， 主要包含一些通用的设备描述
dtb – Device Tree Blob　　　　　　　　　// 设备树二进制文件， 由 dts 编译后得到
blob – Binary Large Object
dtc – Device Tree Compiler　　　　　　　// 设备树编译器

设备树语法

Devicetree node 格式

Devicetree 是由一系列的节点和属性组成， 一个节点也可以包含字节点：

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

Property 格式

[label:] property-name = value;	// 格式1： 有取值
[label:] property-name;			// 格式2： 无取值

使用分号结尾， 和 C 语言语法类似。

Property 的取值有 3 种类型：

  1. Arrays of cell: 一个或多个 32 位数据， 64 位数据使用 2 个 32 位数据来表示。 格式： <...>。
  2. String: 字符串。 格式： "..."。
  3. Bytestring: 1 个或多个字节。 格式： [...]。

示例：

interrupts = <17 0xc>;						// Arrays of cells, 2 个 32 位数。
clock-frequency = <0x00000001 0x00000000>;	// 2 个 32 位数表示一个64位数。

compatible = "simple-bus";					// String, 有结束符的字符串。

local-mac-address = [00 00 12 34 56 78];	// Bytestring， 每个字节使用 2 个 16 进制数表示。
local-mac-address = [000012345678];			// 字节和字节之间的空格可以省略。

compatible = "ns16550", "ns8250";			// 也可以是各种类型的组合， 用逗号隔开。
example = <0xf00f0000 19>, "a strange property format";

在 DTS 文件中被定义的各个属性的值的意义是完全取决于驱动程序的， 所以尽管可能 会有些看上去很奇怪的赋值方式或者格式， 但是只要符合 DTS 文件的语法就没有问题。

一些特殊默认的属性

#address-cells

在它的子节点的 reg 属性中， 使用多少个 u32 整数来描述地址。

#size-cells

在它的子节点的 reg 属性中， 使用多少个 u32 整数来描述大小。

示例：

   #address-cells = <0x1>;
   #size-cells = <0x1>;
   ...
   ocram: sram@900000 {
	   ...
	   reg = <0x00900000 0x20000>;	// address: 0x00900000 size: 0x20000
	   ...
   };

compatible

compatible 属性的值是一系列字符串， 它用 “manufacturer,model” 的格式指定 出了具体的设备。 并且具有从左向右由高到低的兼容性优先级（越靠左边兼容性越好）。

示例：

compatible = "samsung, smdk2440";	// 厂商： samsung 型号： smdk2440

memory

用来描述硬件内存布局。

示例：

memory@80000000 {
	device_type = "memory";
	reg = <0x80000000 0x20000000>;	// 起始地址： 0x80000000 大小： 0x20000000
};

chosen

bootargs 属性： 内核启动时的 command line 参数。
stdout-path&stdin-path 属性：指定标准输入输出， 可选。

示例：

chosen {
	bootargs = "noinitrd root=/dev/mtdblock4 rw init=/linuxrc console=ttySAC0,115200";	// 内核启动时传入的参数
	stdout-path = &uart1;	// 使用 uart1 做标准输出
};

cpus

描述了 cpu 相关的信息。下面一般会有一个或多个子节点。

示例：

cpus {
	#address-cells = <1>;	// 在子节点中使用 1 个 32 位数描述地址
	#size-cells = <0>;		// 在子节点中使用几个 32 位数描述大小， 固定为 0

	cpu0: cpu@0 {	// cpu0
	compatible = "arm,cortex-a7";	// 厂商： arm 型号： cortex-a7
	device_type = "cpu";
	reg = <0>;						// 表明自己是哪一个 cpu
	...
	};
};

节点的引用

phandle

节点中的 phandle 属性， 使用一个唯一的 id 来标识一个节点， 在 property 可以使用这个 id 来引用节点

示例：

pic@10000000 {
	phandle = <1>;
	interrupt-controller;
};

another-device-node {
	interrupt-parent = <1>;		// 使用 phandle 的值来引用 **pic@10000000** 节点。
};

label

定义节点的时候增加标签属性， 使用标签来引用节点。

示例：

PIC: pic@10000000 {
	phandle = <1>;
	interrupt-controller;
};

another-device-node {
	interrupt-parent = <&PIC>;		// 使用 **PIC** 这个i标签来引用 **pic@10000000** 节点。
};

设备树的编译与反编译

设备树的编译器叫做 DTC, 它会把设备树源文件 DTS, DTSI 编译成 DTB，也 可以把 DTB 文件反编译成 DTS 文件。 当我们在查看设备树文件的时候， 常常会 由于节点信息分散在多个 DTS 和 DTSI 文件中造成我们查看不方便， 而使用 DTC 反编译出来的 DTS 文件则是集中了所有的节点信息, 在查看设备树的时候这 会非常有用。 DTC 命令的语法是这样的：

1dtc [-I input-format] [-O output-format] [-o output-filename] [-V output_version] input_filename

在根文件系统中查看设备树

/sys/firmware/fdt

原始 dtb 文件， 可以使用 DTC 反编译它， 也可以用 hexdump 查看：

1hexdump -C /sys/firmware/fdt

/sys/firmware/devicetree

以目录的结构呈现 DTB 文件， 根节点对应 base 目录， 每一个节点对应一个目 录， 每一个属性对应一个文件。

内核对设备树的处理

Linux uses DT data for three major purposes:

  1. platform identification,
  2. runtime configuration, and
  3. device population.

内核对设备树的处理也可以从这三个角度出发。

platform identification

关于平台信息其实在上面的介绍中也算是讲到了， 就是 compatible 属性。 根节点下 的 compatible 属性即指定了当前系统名称。 如果是多个字符串，那么从左到右就代 表了从最兼容到次之。

runtime configuration

内核对运行时配置信息的处理也比较简单， 简单来说就是从 DTB 文件中把所需要的信 息提取出来赋值给内核中的变量即可。 主要是处理了:

  1. chosen 节点中的 bootargs 属性的值， 赋值给了全局变量 boot_command_line。
  2. 根节点下的 #address-cells 和 #size-cells 属性的值， 赋值给了全局变量： dt_root_addr_cells 和 dt_root_size_cells。
  3. 提取出 memory 节点中的 arg 属性的值 base 和 size, 最终调用 memblock_add(base, size)。

device population

设备树文件中的每个节点都会被转换成一个 device_node 结构体， device_node 结构体中的 property 结构体用来描述该节点的属性， 每一个属性对应一个 property 结构体。 这些 device_node 构成了一棵树， 根节点为 root_node。 而这其中一部分的 device_node 又会转换成 platform_device 结构。 转换的条 件为：

最后， platform_device 转换完成后就可以和 platform_driver 匹配了， 之后 就是驱动程序的处理了。

为什么 PC 上没有设备树

下面这段内容来自 StackExchange， 我挑选了里面一部分内容并翻译了出来。

外设和主处理器之间是通过总线建立连接的。 有一些总线协议支持枚举， 即主处理器可以 在总线上询问 “有哪些设备连接到了这个总线上？” 这些设备会以一种标准的格式回复一些 关于它们的类型，制造商，型号和配置的信息。 有了这些信息， 操作系统就可以报告可用 设备的列表， 并决定为每个可用设备使用哪个设备驱动程序。 所有现代 PC 总线都支持枚 举， 但是许多的嵌入式系统使用的是不支持枚举的简单总线， 所以这种情况下就必须告诉 操作系统有哪些设备以及如何访问他们。 设备树就是描述这样信息的一个标准格式。

#devicetree #linux

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