epapr编译出的dtb文件结构解析

摘要：

本文分析powerpc架构的系统启动时需要用的到固件协议。它是联系boot初始化和内核启动的枢纽。对于该协议的分析将会对powerpc_linux系统启动部分的架构有一个深入的理解。

正文：

Epapr是 embedded power architecture platform requirements的缩写。它首先由device tree scripts来对板级系统进行描述。之后通过device tree compiler编译为物理格式的二进制文件dtb。

device tree scripts是由一组描述特性来组成的。根据不同特性的处理器和外设，由这组描述特性可以灵活的组成一个对其的描述，在系统初始化时应用。

 

物理格式:

Dtb是经过编译得到的二进制文件，有的也称作fdt(flattened device tree)，uboot启动时，会根据系统配置，修改其中一些需要有uboot设置的特性，比如cpu主频，总线频率等。而内核初始化阶段，则需要对dtb进行逐一的分析，得到系统配置特性，完成初始化。下边是dtb的总的框架：

 

头结构体：

可以看出dtb开始是一个头部结构体，格式如下：

struct fdt_header {

uint32_t magic;

uint32_t totalsize;

uint32_t off_dt_struct;

uint32_t off_dt_strings;

uint32_t off_mem_rsvmap;

uint32_t version;

uint32_t last_comp_version;

uint32_t boot_cpuid_phys;

uint32_t size_dt_strings;

uint32_t size_dt_struct;

};

其中：

magic为魔数，dtb定义为0xd00dfeed(big endian)。

Totalsize： dtb文件的总大小。

off_dt_struct：为struct block距离dtb文件头的偏移量(字节)

off_dt_strings：为string block距离dtb文件头的偏移量(字节)

off_mem_rsvmap:为memory reservation block距离dtb文件头的偏移量(字节)

version：版本号，目前uboot支持v16和v17。

last_comp_version:向上兼容的版本好，一般现在兼容至16.

boot_cpuid_phys：系统用于boot的cpu的物理id号，该值应该与dts描述中cpu的描述特性的reg中的值一致！

size_dt_strings：string block的大小

size_dt_struct: struct block的大小

 

memory reservation block的结构：

由一组下边结构的数组组成。

struct fdt_reserve_entry {

uint64_t address;

uint64_t size;

};

其中的address给出物理基址，size是这块区域的大小。这个保留区的表结束在address和size都为0的地方，因为该结构的最小单位为64位，8字节。因此memory reservation block的起始地址在dtb中为8字节对齐！

 

struct block的结构：

struct block描述了系统的结构和其中的参数。它又分为很多Node,每个node是由一组token组成的。整个block中的Node构成是一个线性结构。每个token是32位，4字节长，因此struct block的起始地址应该为4字节对齐。

 

下边来看看struct block中每个node的格式

每个Node开始于一个大端的32位token。有个token后边会附带一些参数。所有的token都需要4字节对齐。这就要求在某些token附带参数后补零来保证token的4字节对齐。下边是struct block中的各种token:

FDT_BEGIN_NODE(0x00000001)

这个token是node开始的标志。它之后会附带Node的unit name作为参数。Node的name被存储为0结束符的string。可能还会包含unit address。name后边可能会补零来保证token的32位对齐。这个token紧跟的下一个token不能为FDT_END

 

FDT_END_NODE(0x00000002)

FDT_END_NODE标记了一个Node的结束。这个token后边不带附加数据。所以它之后紧跟下一个token。但是不能为FDT_PROP。

 

FDT_PROP(0x00000003)

该token标记了node的一个性质描述的开始。

它之后附带的参数描述了Node的性质。这些参数的构成如下边的结构体：

struct {

uint32_t len;

uint32_t nameoff;

}

这个结构为32位大端存储。

Len给出了性质的参数长度，这个长度可能为0，代表无参数的性质。

Nameoff给出了该性质的名称在string block中的相对位置。性质的名称的存储为0结束的string.

这个结构之后给出了该性质的参数。它是一个长度为len字节的值。它需要补零来保证下一个token的开始为4字节对齐。该token之后不能跟fdt_end这个token.

 

FDT_NOP (0x00000004)

这个token被解析程序直接跳过。这个token不带任何参数。直接跟下一个token。这个token的用处是在dtb的解析时，如果需要从原始的dtb中去除某个性质的话。就将该性质用NOP这个token来覆盖。

 

FDT_END (0x00000009)

该token标志整个struct block的结束。在一个dtb中只能有一个该token。

 

接下来具体了解了各个token的用法后，来分析一下struct block的结构。该结构是一个线性树！

子Node的FDT_BEGIN_NODE and FDT_END_NODE tokens是嵌套在它的父node的FDT_BEGIN_NODE and FDT_END_NODE tokens里的！

 

 

作为root的node也是这个线性书的根node。所有其他的node都嵌套其中!

 

节点的嵌套结构如下所示:

• (optionally) any number of FDT_NOP tokens

• FDT_BEGIN_NODE token

o The node’s name as a NULL-terminated string

o [zeroed padding bytes to align to a 4-byte boundary]

• For each property of the node:

o (optionally) any number of FDT_NOP tokens

o FDT_PROP token

 

􀂃 property information as given in 7.4.1

􀂃 [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