Linu设备树及其语法介绍

CHANBAEK 2023-04-14 1125

CHANBAEK

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描述

1. 什么是设备树

设备树的本质也是操作寄存器，只不过寄存器的相关信息放在了设备树中，配置寄存器时需要使用OF函数从设备树中读取寄存器数据后再进行配置

Linux 3.x之前是没有设备树的，Linux通过内核源码中arch/arm/mach-xxx和arch/arm/plat-xxx文件夹里的板级描述文件来描述ARM架构中的板级信息。 随着ARM硬件种类增多，与板子相关的设备文件也越来越多，导致内核越来越大，而实际上这些硬件板级信息与内核并无相关关系

2011年，Linus发现该问题后，引入了PowerPC等架构已经采用的设备树机制，将板级信息从内核中分离开来，用一个专属的文件格式(.dts文件)来描述。 设备树的作用就是描述硬件平台的硬件资源，它可被bootloader传递到内核，内核可以从设备树中获取硬件信息。 设备树描述硬件资源时有两个特点：

  • 以树状结构描述硬件资源
  • 可以像头文件那样，一个设备树文件可以引用另一个设备树文件，实现代码重用

寄存器

DTS、DTSI、DTB、DTC文件的区别及定义：

寄存器

DTC工具源码在Linux内核的scripts/dtc/Makefile文件中：

hostprogs-y:= dtc 
always:= $(hostprogs-y) 

dtc-objs:= dtc.o flattree.o fstree.o data.o livetree.o treesource.o srcpos.o checks.o util.o 
dtc-objs+= dtc-lexer.lex.o dtc-parser.tab.o 
......

由上可见DTC工具依赖于dtc.c, flattree.c, fstree.c等文件，最终编译并链接出DTC这个主机文件。 若要编译DTS文件，只需要进入到Linux源码根目录下，然后执行如下命令：

make all   #编译Linux源码中的所有东西，包括zImage、.ko驱动模块以及设备树
make dtbs  #只是编译设备树

基于ARM架构的SOC有很多，一种SOC又可制作出多款板子，每个板子都有对应的DTS文件，那么如何确定编译哪一个DTS文件呢？ 以I.MX6ULL芯片的板子为例，打开arch/arm/boot/dts/Makefile，有如下内容：

dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6UL) += \\ 
    imx6ul-14x14-ddr3-arm2.dtb \\ 
    imx6ul-14x14-ddr3-arm2-emmc.dtb \\ 
    ...... 
dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6ULL) += \\ 
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2.dtb \\ 
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-adc.dtb \\ 
    ......

选中I.MX6ULL后(即CONFIG_SOC_IMX6ULL=y)，所有使用该SOC的板子对应的.dts文件都会被编译为.dtb。 若新做一个板子，只需要新建一个对应的.dts文件，再将对应的.dtb文件名添加到 dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6ULL)下，这样在编译设备树时就会将对应的.dts编译为二进制的.dtb文件

2. 设备树语法介绍

2.1 设备树代码分析

关于i. MX6ULL已有的设备树文件，大致有以下几种

imx6ull-14x14-evk-emmc.dts文件：在/arch/arm/boot/dts/文件夹中，描述了emmc板子的usdhc信息。 该文件通过头文件的形式包含了另一个设备树文件

#include "imx6ull-14x14-evk.dts"

&usdhc2 {
    pinctrl-names = "default", "state_100mhz", "state_200mhz";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_usdhc2_8bit>;
    pinctrl-1 = <&pinctrl_usdhc2_8bit_100mhz>;
    pinctrl-2 = <&pinctrl_usdhc2_8bit_200mhz>;
    bus-width = <8>;
    non-removable;
    status = "okay";
};

imx6ull-14x14-evk.dts文件：在/arch/arm/boot/dts/文件夹中，包含了根节点、子节点及其他追加内容

#include 
#include "imx6ull.dtsi"

/ {
    model = "Freescale i.MX6 ULL 14x14 EVK Board";
    compatible = "fsl,imx6ull-14x14-evk", "fsl,imx6ull";

    chosen {
        stdout-path = &uart1;
    };

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

    reserved-memory {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        ranges;

        linux,cma {
            compatible = "shared-dma-pool";
            reusable;
            size = <0x14000000>;
            linux,cma-default;
        };
    };

    backlight {
        compatible = "pwm-backlight";
        pwms = <&pwm1 0 5000000>;
        brightness-levels = <0 4 8 16 32 64 128 255>;
        default-brightness-level = <6>;
        status = "okay";
    };

    pxp_v4l2 {
        compatible = "fsl,imx6ul-pxp-v4l2", "fsl,imx6sx-pxp-v4l2", "fsl,imx6sl-pxp-v4l2";
        status = "okay";
    };

    regulators {
        compatible = "simple-bus";
        ......
    };
    ......
};

&cpu0 {
    arm-supply = <®_arm>;
    soc-supply = <®_soc>;
    dc-supply = <®_gpio_dvfs>;
};

&clks {
    assigned-clocks = <&clks IMX6UL_CLK_PLL4_AUDIO_DIV>;
    assigned-clock-rates = <786432000>;
};
......
&wdog1 {
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_wdog>;
    fsl,wdog_b;
};

imx6ull.dtsi文件：是设备树的头文件，其格式与设备树基本相同

#include 
#include "imx6dl-pinfunc.h"
#include "imx6qdl.dtsi"

/ {
    aliases {
        i2c3 = &i2c4;
    };

    cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;

        cpu0: cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            device_type = "cpu";
            ......
        };

        cpu@1 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            device_type = "cpu";
            reg = <1>;
            next-level-cache = <&L2>;
        };
    };

    reserved-memory {
        ......
    };

    soc {
        ......
        ocram: sram@00905000 {
            compatible = "mmio-sram";
            reg = <0x00905000 0x1B000>;
            clocks = <&clks IMX6QDL_CLK_OCRAM>;
        };
        ......
    };
};
......
&vpu_fsl {
    iramsize = <0>;
};

2.2 DTS语法介绍

设备树采用树形结构来描述板子上的设备信息，每个设备都是一个节点，叫做设备节点，每个节点都通过一些属性信息来描述节点信息，属性就是键-值对

node-name@unit-address{
    属性1 = ...
    属性2 = ...
    子节点...
}

节点名称：node-name用于指定节点名称，应使用字母开头，并能描述设备类别（根节点用斜杠表示）

单元地址：@unit-address用于指定单元地址，@为分隔符，后面是实际的单元地址，它的值与节点reg属性的第一个地址一致，若没有reg属性值，则可以省略单元地址

节点属性：节点的大括号{ }中包含的内容是节点属性， 一个节点可以包含多个属性信息，设备树最主要的内容就是编写节点的属性。 属性包括自定义属性和标准属性

  • model属性：用于指定设备的制造商和型号，多个字符串使用“,”分隔开
  • compatible属性：由一个或多个字符串组成，是用来查找节点的方法之一
  • status属性：用于指示设备的操作状态，通过status可以禁用或启用设备
  • reg属性：描述设备资源在其父总线定义的地址空间内的地址，通常用于表示一块寄存器的起始地址和长度
  • #address-cells 和 #size-cells：这两个属性同时存在，前者决定了子节点reg属性中地址信息所占用的字长，后者决定了长度信息所占的字长
  • ranges属性：是一个地址映射/转换表，由子地址、父地址和地址空间长度这三部分组成
    • child-bus-address：子总线地址空间的物理地址， 由父节点的#address-cells 确定此物理地址所占用的字长
    • parent-bus-address：父总线地址空间的物理地址，同样由父节点的#address-cells 确定此物理地址所占用的字长
    • length：子地址空间的长度，由父节点的#size-cells 确定此地址长度所占用的字长
      特殊节点：aliases子节点、chosen子节点
//为其他节点起一个别名
aliases {
    i2c3 = &i2c4;
};
//该节点位于根节点下，它不代表实际硬件，主要用于给内核传递参数
//下面代码表示系统标准输出stdout使用串口uart1
chosen {
    stdout-path = &uart1;
};

3. 设备树OF函数

内核提供了一系列函数用于从设备节点获取节点中定义的属性，这些函数以of_开头，称为OF函数。 在编写设备树版的驱动时，在进行硬件配置方面，就是要用这些OF函数，将寄存器地址等信息从设备树文件中获取出来，然后进行配置

寄存器

3.1 查找节点的OF函数

设备都是以节点的形式挂到设备树上的，因此要获取这个设备的其他属性信息，必须先获取到这个设备的节点。 内核使用device_node结构体来描述一个节点，此结构体定义在文件include/linux/of.h中，定义如下：

struct device_node {
    const char *name; /* 节点名字 */
    const char *type; /* 设备类型 */
    phandle phandle;
    const char *full_name; /* 节点全名 */
    struct fwnode_handle fwnode;

    struct property *properties; /* 属性 */
    struct property *deadprops; /* removed 属性 */
    struct device_node *parent; /* 父节点 */
    struct device_node *child; /* 子节点 */
    struct device_node *sibling;
    struct kobject kobj;
    unsigned long _flags;
    void *data;
#if defined(CONFIG_SPARC)
    const char *path_component_name;
    unsigned int unique_id;
    struct of_irq_controller *irq_trans;
#endif
};

of_find_node_by_name：通过节点名字查找指定的节点

struct device_node *of_find_node_by_name(struct device_node *from, const char *name);
//from：开始查找的节点，NULL表示从根节点开始查找整个设备树
//name：要查找的节点名字
//返回值：找到的节点，NULL表示查找失败

of_find_node_by_type：通过device_type属性查找指定的节点

struct device_node *of_find_node_by_type(struct device_node *from, const char *type)
//from：开始查找的节点，NULL表示从根节点开始查找整个设备树
//type：要查找的节点对应的type字符串，即device_type属性值
//返回值：找到的节点，NULL表示查找失败

of_find_compatible_node：根据device_type和compatible这两个属性查找指定的节点

struct device_node *of_find_compatible_node(struct device_node *from, const char *type, const char *compatible)
//from：开始查找的节点，NULL表示从根节点开始查找整个设备树
//type：要查找的节点对应的device_type属性值，为NULL时表示忽略掉该属性
//compatible：要查找的节点所对应的compatible属性列表
//返回值：找到的节点，NULL表示查找失败

of_find_matching_node_and_match：通过of_device_id匹配表来查找指定的节点

struct device_node *of_find_matching_node_and_match(struct device_node *from,
                                          const struct of_device_id *matches,
                                           const struct of_device_id **match)
//from：开始查找的节点，NULL表示从根节点开始查找整个设备树
//matches：of_device_id匹配表，也就是在此匹配表里面查找节点
//match：找到的匹配的of_device_id
//返回值：找到的节点，NULL表示查找失败

of_find_node_by_path：通过路径来查找指定的节点

inline struct device_node *of_find_node_by_path(const char *path)
//path：带有全路径的节点名
//返回值：找到的节点，NULL表示查找失败

3.2 查找父/子节点的OF函数

of_get_parent：用于查找父节点

struct device_node *of_get_parent(const struct device_node *node)
//node：要查找的父节点的节点
//返回值：找到的父节点

of_get_next_child：用迭代的方式查找子节点

struct device_node *of_get_next_child(const struct device_node *node, struct device_node *prev)
//node：父节点
//prev：前一个子节点，即从哪一个子节点开始迭代的查找下一个子节点，若为NULL，表示从第一个子节点开始
//返回值： 找到的下一个子节点

3.3 提取属性值的OF函数

节点的属性信息里面保存了驱动所需要的内容，因此对于属性值的提取非常重要，内核中使用结构体property表示属性，定义在include/linux/of.h中，内容如下：

struct property {
    char *name;              /* 属性名字 */
    int length;              /* 属性长度 */
    void *value;             /* 属性值 */
    struct property *next;   /* 下一个属性 */
    unsigned long _flags;
    unsigned int unique_id;
    struct bin_attribute attr;
};

of_find_property：查找指定的属性

property *of_find_property(const struct device_node *np, const char *name, int *lenp)
//np：设备节点
//name：属性名字
//lenp：属性值的字节数
//返回值：找到的属性

of_property_count_elems_of_size：获取属性中元素的数量

int of_property_count_elems_of_size(const struct device_node *np, const char *propname, int elem_size)
//np：设备节点
//proname：需要统计元素数量的属性名字
//elem_size：元素长度
//返回值：得到的属性元素数量

of_property_read_u32_index：从属性中获取指定标号的u32类型数据值

int of_property_read_u32_index(const struct device_node *np, const char *propname, u32 index, u32 *out_value)
//np：设备节点
//proname：要读取的属性名字
//index：要读取的值标号
//out_value：读取到的值
//返回值：0 读取成功，负值，读取失败，-EINVAL 表示属性不存在， 
//       -ENODATA 表示没有要读取的数据，-EOVERFLOW 表示属性值列表大小

of_property_read_u8_array：读取属性中u8类型的数组数据（类似的还有u16、u32 和 u64）

int of_property_read_u8_array(const struct device_node *np, const char *propname, u8 *out_values, size_t sz)
//np：设备节点
//proname：要读取的属性名字
//out_value：读取到的数组值
//sz：要读取的数组元素数量
//返回值：0 读取成功，负值，读取失败，-EINVAL 表示属性不存在， 
//       -ENODATA 表示没有要读取的数据，-EOVERFLOW 表示属性值列表太

of_property_read_u8：读取只有一个整形值的属性（类似的还有u16、u32和u64）

int of_property_read_u8(const struct device_node *np, const char *propname, u8 *out_value)
//np：设备节点
//proname：要读取的属性名字
//out_value：读取到的数组值
//返回值：0 读取成功，负值，读取失败，-EINVAL 表示属性不存在， 
//       -ENODATA 表示没有要读取的数据，-EOVERFLOW 表示属性值列表太小

of_property_read_string：读取属性中字符串值

int of_property_read_string(struct device_node *np, const char *propname, const char **out_string)
//np：设备节点
//proname：要读取的属性名字
//out_string：读取到的字符串值
//返回值：0，读取成功，负值，读取失败

of_n_addr_cells：获取#address-cells 属性值

int of_n_addr_cells(struct device_node *np)
//np：设备节点
//返回值：获取到的#address-cells属性值

of_n_size_cells：获取#size-cells 属性值

int of_n_size_cells(struct device_node *np)
//np：设备节点
//返回值：获取到的#size-cells属性值

3.4 其他常用OF函数

of_device_is_compatible：查看节点的compatible属性是否有包含compat指定的字符串，也就是检查设备节点的兼容性

int of_device_is_compatible(const struct device_node *device, const char *compat)
//device：设备节点
//compat：要查看的字符串
//返回值： 0，节点的 compatible 属性中不包含 compat 指定的字符串； 
//        正数，节点的 compatible 属性中包含 compat 指定的字符串

of_get_address：获取地址相关属性

const __be32 *of_get_address(struct device_node *dev, int index, u64 *size, unsigned int *flags)
//dev：设备节点
//index：要读取的地址标号
//size：地址长度
//flags：参数，比如IORESOURCE_IO、IORESOURCE_MEM等
//返回值：读取到的地址数据首地址，表示读取失败

of_translate_address：将设备树读取到的地址转换为物理地址

u64 of_translate_address(struct device_node *dev, const __be32 *in_addr)
//dev：设备节点
//in_addr：要转换的地址
//返回值：得到的物理地址，为OF_BAD_ADDR表示转换失败

of_address_to_resource：将reg属性值，转换为resource结构体类型

int of_address_to_resource(struct device_node *dev, int index, struct resource *r)
//dev：设备节点
//index：地址资源标号
//r：得到的 resource 类型的资源值
//返回值： 0，成功；负值，失败

of_iomap：用于直接内存映射

void __iomem *of_iomap(struct device_node *np, int index)
//np：设备节点
//index：reg属性中要完成内存映射的段，如果reg属性只有一段的话index就设置为0
//返回值：经过内存映射后的虚拟内存首地址，NULL表示内存映射失败
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