Linux 驱动开发基础知识——设备树的语法驱动开发基础知识(九)

简介: Linux 驱动开发基础知识——设备树的语法驱动开发基础知识(九)

一、设备树的引入与作用

       以 LED 驱动为例,如果你要更换 LED 所用的 GPIO 引脚,需要修改驱动程序 源码、重新编译驱动、重新加载驱动。

       在内核中,使用同一个芯片的板子,它们所用的外设资源不一样,比如 A 板 用 GPIOA,B 板用 GPIOB。而 GPIO 的驱动程序既支持 GPIOA 也支持 GPIOB, 你需要指定使用哪一个引脚,怎么指定?在 c 代码中指定。

       随着 ARM 芯片的流行,内核中针对这些 ARM 板保存有大量的、没有技术含量 的文件。

       Linus 大发雷霆:"this whole ARM thing is a f*cking pain in the ass"。

       于是,Linux 内核开始引入设备树。

       设备树并不是重新发明出来的,在 Linux 内核中其他平台如 PowerPC,早就使用设备树来描述硬件了。

        Linus 发火之后,内核开始全面使用设备树来改造,神人就神人。 有一种错误的观点,说“新驱动都是用设备树来写了”。设备树不可能用来写驱动

       请想想,要操作硬件就需要去操作复杂的寄存器,如果设备树可以操作寄存器,那么它就是“驱动”,它就一样很复杂。

       设备树只是用来给内核里的驱动程序,指定硬件的信息。比如 LED 驱动,在内核的驱动程序里去操作寄存器,但是操作哪一个引脚?这由设备树指定

二、设备树的语法

2.1怎么描述这棵树?

       我们需要编写设备树文件(dts: device tree source),它需要编译为 dtb(device tree blob)文件,内核使用的是 dtb 文件

       dts 文件是根本,它的语法很简单。

       下面是一个设备树示例:

它对应的 dts 文件如下:

dts-v1/l;
 
/ {
    model="fsl,mpc8572ds"
    compatible="fsl,mpc8572ds"
    #address-cells=<1>
    #size-cells=<l>
 
    cpus {
        #address-cells=<1>
        #size-cells=<0>
        cpu@0 {
            device_type="cpu"
            reg=<0>
            timebase-frequency=<825000000>
            clock-frequency=<825000000>
        };
 
        cpu@1 {
                device_type="cpu"
                reg=<1>
                timebase-frequency=<825000000>
                clock-frequency=<825000000>
        };
       
    };
    
    memory@0 {
        device _type="memory"
        reg=<0 0x20000000>
    };
 
    uart@fe001000 {
        compatible="ns16550"
        reg=<0xfe001000 0x100>
    };
 
    chosen {
        bootargs="root=/ dev / sda2";
    };
 
    aliases {
        serial0="/uart@fe001000"
    };
 };
 
 

2.2Devicetree 格式

2.2.1 DTS 文件的格式

       DTS 文件布局(layout):

/dts-v1/; // 表示版本
[memory reservations]     // 格式为: /memreserve/ <address> <length>;
/ {
     [property definitions]
     [child nodes]
};

2.2.2 node 的格式

       设备树中的基本单元,被称为“node”,其格式为:

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

       label 是标号,可以省略。label 的作用是为了方便地引用 node,比如:

/dts-v1/;
/ {
    uart0: uart@fe001000 {
         compatible="ns16550";
         reg=<0xfe001000 0x100>;
    };
};

        可以使用下面 2 种方法来修改 uart@fe001000 这个 node:

// 在根节点之外使用 label 引用 node:
&uart0 {
     status = “disabled”;
};
//  或在根节点之外使用全路径:
&{/uart@fe001000} {
     status = “disabled”;
};

2.3 常用的节点(node)

2.3.1 根节点

       dts 文件中必须有一个根节点:

/dts-v1/;
/ {
model = "SMDK24440";
compatible = "samsung,smdk2440";
 
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
};

       根节点中必须有这些属性:

#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(address)
#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(size)
compatible // 定义一系列的字符串, 用来指定内核中哪个 machine_desc 可以支持本设备
           // 即这个板子兼容哪些平台
           // uImage : smdk2410 smdk2440 mini2440 ==> machine_desc 
 
model // 咱这个板子是什么
      // 比如有 2 款板子配置基本一致, 它们的 compatible 是一样的
      // 那么就通过 model 来分辨这 2 款板子
 

2.3.2 CPU 节点

       一般不需要我们设置,在 dtsi 文件中都定义好了:

cpus {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    cpu0: cpu@0 {
         .......
     }
};

2.3.3 memory 节点

       芯片厂家不可能事先确定你的板子使用多大的内存,所以 memory节点需要板厂设置,比如:

memory {
reg = <0x80000000 0x20000000>;
};

2.3.4 chosen 节点

       我们可以通过设备树文件给内核传入一些参数,这要在 chosen 节点中设置

       bootargs 属性:

chosen {
bootargs = "noinitrd root=/dev/mtdblock4 rw init=/linuxrc console=ttySAC0,115200";
};

2.4 常用的属性

2.4.1 #address-cells、#size-cells

       ⚫ cell 指一个 32 位的数值,

       ⚫ address-cells:address 要用多少个 32 位数来表示;

       ⚫ size-cells:size 要用多少个 32 位数来表示。

       比如一段内存,怎么描述它的起始地址和大小?

       下例中,address-cells 为 1,所以 reg 中用 1 个数来表示地址,即用 0x80000000来表示地址;size-cells 为 1,所以 reg 中用 1 个数来表示大小, 即用 0x20000000 表示大小:

/ {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
memory {
reg = <0x80000000 0x20000000>;
     };
}

2.4.2 compatible

       “compatible”表示“兼容”,对于某个 LED,内核中可能有 A、B、C 三个驱动都支持它,那可以这样写:

led {
compatible = “A”, “B”, “C”;
};

       内核启动时,就会为这个 LED 按这样的优先顺序为它找到驱动程序:A、B、C。

       根节点下也有 compatible 属性,用来选择哪一个“machine desc”:一个 内核可以支持 machine A,也支持 machine B,内核启动后会根据根节点的 compatible 属性找到对应的 machine desc 结构体,执行其中的初始化函数

      compatible 的值,建议取这样的形式:"manufacturer,model",即“厂 家名,模块名”。

       注意:machine desc 的意思就是“机器描述”,学到内核启动流程时才涉及。

2.4.3 model

       model 属性与 compatible 属性有些类似,但是有差别。

       compatible 属性是一个字符串列表,表示可以你的硬件兼容 A、B、C 等驱动;

        model 用来准确地定义这个硬件是什么。 比如根节点中可以这样写:

{
    compatible = "samsung,smdk2440", "samsung,mini2440";
    model = "jz2440_v3";
};

       它表示这个单板,可以兼容内核中的“smdk2440”,也兼容“mini2440”。

        从 compatible 属性中可以知道它兼容哪些板,但是它到底是什么板?用 model 属性来明确。

2.4.4 status

       dtsi 文件中定义了很多设备,但是在你的板子上某些设备是没有的。这时你可以给这个设备节点添加一个 status 属性,设置为“disabled”:

&uart1 {
    status = "disabled";
};

2.4.5 reg

       reg 的本意是 register,用来表示寄存器地址

       但是在设备树里,它可以用来描述一段空间。反正对于ARM 系统寄存器和内存是统一编址的,即访问寄存器时用某块地址,访问内存时用某块地址,在访问方法上没有区别。

        reg 属性的值,是一系列的“address size”,用多少个 32 位的数来表示 address 和 size,由其父节点#address-cells、#size-cells 决定。

示例:

/dts-v1/;
/ {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    memory {
        reg = <0x80000000 0x20000000>;
    };
};
/dts-v1/;
#include <dt-bindings/input/input.h>
#include "imx6ull.dtsi"
/ {
……
};

2.5 dts 文件包含 dtsi 文件

       设备树文件不需要我们从零写出来,内核支持了某款芯片比如 imx6ull,在内核的 arch/arm/boot/dts 目录下就有了能用的设备树模板,一般命名为 xxxx.dtsi。“i”表示“include”,被别的文件引用的。        

       我们使用某款芯片制作出了自己的单板,所用资源跟 xxxx.dtsi 是大部分相同,小部分不同,所以需要引脚 xxxx.dtsi 并修改。

       dtsi 文件跟 dts 文件的语法是完全一样的。

       dts 中可以包含.h 头文件,也可以包含 dtsi 文件,在.h 头文件中可以定义一些宏。

示例:

/dts-v1/;
#include <dt-bindings/input/input.h>
#include "imx6ull.dtsi"
/ {
……
};

三、 编译、更换设备树

       我们一般不会从零写 dts 文件,而是修改。程序员水平有高有低,改得对不对?需要编译一下。并且内核直接使用 dts 文件的话,就太低效了,它也需要使用二进制格式的 dtb 文件。  

3.1在内核中直接 make

       设置 ARCH、CROSS_COMPILE、PATH 这三个环境变量后,进入 ubuntu 上板子内核源码的目录,执行如下命令即可编译 dtb 文件:

make dtbs V=1

3.2 手工编译

       除非你对设备树比较了解,否则不建议手工使用 dtc 工具直接编译。

       内核目录下 scripts/dtc/dtc 是设备树的编译工具,直接使用它的话,包含其他文件时不能使用“#include”,而必须使用“/incldue”。

       编译、反编译的示例命令如下,“-I”指定输入格式,“-O”指定输出格式,“- o”指定输出文件:

./scripts/dtc/dtc -I dts -O dtb -o tmp.dtb arch/arm/boot/dts/xxx.dts // 编译 dts 为 dt
b
./scripts/dtc/dtc -I dtb -O dts -o tmp.dts arch/arm/boot/dts/xxx.dtb // 反编译 dtb 为
dts

3.3 给开发板更换设备树文件

       怎么给各个单板编译出设备树文件,它们的设备树文件是哪一个?

       基本方法都是:设置 ARCH、CROSS_COMPILE、PATH 这三个环境变量后,在 内核源码目录中执行:

make dtbs

3.4 板子启动后查看设备树

       板子启动后执行下面的命令:

# ls /sys/firmware/
devicetree fdt

        /sys/firmware/devicetree 目录下是以目录结构程现的 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。

       这些属性的值如果是字符串,可以使用 cat 命令把它打印出来;对于数值, 可以用 hexdump 把它打印出来。

       还可以看到/sys/firmware/fdt 文件,它就是 dtb 格式的设备树文件,可以把它复制出来放到 ubuntu 上,执行下面的命令反编译出来(-I dtb:输入格 式是 dtb,-O dts:输出格式是 dts):

cd 板子所用的内核源码目录
./scripts/dtc/dtc -I dtb -O dts /从板子上/复制出来的/fdt -o tmp.dts


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