一.什么是DTS?为什么要引入DTS?
DTS即Device Tree Source 设备树源码, Device Tree是一种描述硬件的数据结构,它起源于 OpenFirmware (OF)。
在Linux
2.6中,ARM架构的板极硬件细节过多地被硬编码在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx,比如板上的
platform设备、resource、i2c_board_info、spi_board_info以及各种硬件的platform_data,这些
板级细节代码对内核来讲只不过是垃圾代码。而采用Device
Tree后,许多硬件的细节可以直接透过它传递给Linux,而不再需要在kernel中进行大量的冗余编码。
每次正式
的linux kernel release之后都会有两周的merge
window,在这个窗口期间,kernel各个部分的维护者都会提交各自的patch,将自己测试稳定的代码请求并入kernel main
line。每到这个时候,Linus就会比较繁忙,他需要从各个内核维护者的分支上取得最新代码并merge到自己的kernel source
tree中。Tony Lindgren,内核OMAP
development tree的维护者,发送了一个邮件给Linus,请求提交OMAP平台代码修改,并给出了一些细节描述:
1)简单介绍本次改动
2)关于如何解决merge conficts。有些git mergetool就可以处理,不能处理的,给出了详细介绍和解决方案
一切都很平常,也给出了足够的信息,然而,正是这个pull request引发了一场针对ARM
linux的内核代码的争论。我相信Linus一定是对ARM相关的代码早就不爽了,ARM的merge工作量较大倒在其次,主要是他认为ARM很多的代
码都是垃圾,代码里面有若干愚蠢的table,而多个人在维护这个table,从而导致了冲突。因此,在处理完OMAP的pull
request之后(Linus并非针对OMAP平台,只是Tony
Lindgren撞在枪口上了),他发出了怒吼:
Gaah.Guys, this whole ARM thing is a f*cking pain in the ass.
之后经过一些讨论,对ARM平台的相关code做出如下相关规范调整,这个也正是引入DTS的原因。
1、ARM的核心代码仍然保存在arch/arm目录下
2、ARM SoC core architecture code保存在arch/arm目录下
3、ARM SOC的周边外设模块的驱动保存在drivers目录下
4、ARM SOC的特定代码在arch/arm/mach-xxx目录下
5、ARM SOC board specific的代码被移除,由DeviceTree机制来负责传递硬件拓扑和硬件资源信息。
本质上,Device Tree改变了原来用hardcode方式将HW 配置信息嵌入到内核代码的方法,改用bootloader传递一个DB的形式。
如果我们认为kernel是一个black box,那么其输入参数应该包括:
a.识别platform的信息 b.runtime的配置参数 c.设备的拓扑结构以及特性
对于嵌入式系统,在系统启动阶段,bootloader会加载内核并将控制权转交给内核,此外,还需要把上述的三个参数信息传递给kernel,以便kernel可以有较大的灵活性。在linux kernel中,Device Tree的设计目标就是如此。
二.DTS基本知识
1.DTS的加载过程
如果要使用Device
Tree,首先用户要了解自己的硬件配置和系统运行参数,并把这些信息组织成Device Tree source file。通过DTC(Device
Tree Compiler),可以将这些适合人类阅读的Device Tree source file变成适合机器处理的Device Tree
binary file(有一个更好听的名字,DTB,device tree blob)。在系统启动的时候,boot
program(例如:firmware、bootloader)可以将保存在flash中的DTB
copy到内存(当然也可以通过其他方式,例如可以通过bootloader的交互式命令加载DTB,或者firmware可以探测到device的信
息,组织成DTB保存在内存中),并把DTB的起始地址传递给client program(例如OS
kernel,bootloader或者其他特殊功能的程序)。对于计算机系统(computer
system),一般是firmware->bootloader->OS,对于嵌入式系统,一般是bootloader->OS。
2.DTS的描述信息
Device
Tree由一系列被命名的结点(node)和属性(property)组成,而结点本身可包含子结点。所谓属性,其实就是成对出现的name和
value。在Device Tree中,可描述的信息包括(原先这些信息大多被hard code到kernel中):
CPU的数量和类别
内存基地址和大小
总线和桥
外设连接
中断控制器和中断使用情况
GPIO控制器和GPIO使用情况
Clock控制器和Clock使用情况
它基本上就是画一棵电路板上CPU、总线、设备组成的树,Bootloader会将这棵树传递给内核,然后内核可以识别这棵树,并根据它展开出Linux
内核中的platform_device、i2c_client、spi_device等设备,而这些设备用到的内存、IRQ等资源,也被传递给了内核,
内核会将这些资源绑定给展开的相应的设备。
是否
Device Tree要描述系统中的所有硬件信息?答案是否定的。基本上,那些可以动态探测到的设备是不需要描述的,例如USB
device。不过对于SOC上的usb hostcontroller,它是无法动态识别的,需要在device
tree中描述。同样的道理,在computersystem中,PCI device可以被动态探测到,不需要在device
tree中描述,但是PCI
bridge如果不能被探测,那么就需要描述之。
.dts文件是一种ASCII 文本格式的Device Tree描述,此文本格式非常人性化,适合人类的阅读习惯。基本上,在ARM Linux在,一个.dts文件对应一个ARM的machine,一般放置在内核的arch/arm/boot/dts/目录。
由于一个SoC可能对应多个machine(一个SoC可以对应多个产品和电路板),势必这些.dts文件需包含许多共同的部分,Linux内核为了简
化,把SoC公用的部分或者多个machine共同的部分一般提炼为.dtsi,类似于C语言的头文件。其他的machine对应的.dts就
include这个.dtsi。譬如,对于RK3288而言,
rk3288.dtsi就被rk3288-chrome.dts所引用,rk3288-chrome.dts有如下一行:#include“rk3288.dtsi”
对于rtd1195,在 rtd-119x-nas.dts中就包含了/include/ "rtd-119x.dtsi"
当然,和C语言的头文件类似,.dtsi也可以include其他的.dtsi,譬如几乎所有的ARM SoC的.dtsi都引用了skeleton.dtsi,即#include"skeleton.dtsi“
或者 /include/ "skeleton.dtsi"
正常情况下所有的dts文件以及dtsi文件都含有一个根节点”/”,这样include之后就会造成有很多个根节点? 按理说 device tree既然是一个树,那么其只能有一个根节点,所有其他的节点都是派生于根节点的child node.
其实Device Tree Compiler会对DTS的node进行合并,最终生成的DTB中只有一个 root node.
device tree的基本单元是node。这些node被组织成树状结构,除了root
node,每个node都只有一个parent。一个device tree文件中只能有一个root
node。每个node中包含了若干的property/value来描述该node的一些特性。每个node用节点名字(node
name)标识,节点名字的格式是node-name@unit-address。如果该node没有reg属性(后面会描述这个
property),那么该节点名字中必须不能包括@和unit-address。unit-address的具体格式是和设备挂在那个bus上相关。例
如对于cpu,其unit-address就是从0开始编址,以此加一。而具体的设备,例如以太网控制器,其unit-address就是寄存器地址。
root
node的node name是确定的,必须是“/”。
在一个树状结构的device tree中,如何引用一个node呢?要想唯一指定一个node必须使用full path,例如/node-name-1/node-name-2/node-name-N。
3.DTS的组成结构
-
/ {
-
node1 {
-
a-string-property = "A string";
-
a-string-list-property = "first string", "second string";
-
a-byte-data-property = [0x01 0x23 0x34 0x56];
-
child-node1 {
-
first-child-property;
-
second-child-property = <1>;
-
a-string-property = "Hello, world";
-
};
-
child-node2 {
-
};
-
};
-
node2 {
-
an-empty-property;
-
a-cell-property = <1 2 3 4>;
-
child-node1 {
-
};
-
};
-
};
上述.dts文件并没有什么真实的用途,但它基本表征了一个Device Tree源文件的结构:
1个root结点"/";
root结点下面含一系列子结点,本例中为"node1"和 "node2";
结点"node1"下又含有一系列子结点,本例中为"child-node1"和 "child-node2";
各结点都有一系列属性。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
字符串数组,如"a-string-list-property";可能为Cells(由u32整数组成),如"second-child-
property",可能为二进制数,如"a-byte-data-property"。
下面以一个最简单的machine为例来看如何写一个.dts文件。假设此machine的配置如下:
1个双核ARM Cortex-A9 32位处理器;
ARM的local bus上的内存映射区域分布了2个串口(分别位于0x101F1000 和
0x101F2000)、GPIO控制器(位于0x101F3000)、SPI控制器(位于0x10115000)、中断控制器(位于
0x10140000)和一个external bus桥;
External bus桥上又连接了SMC SMC91111 Ethernet(位于0x10100000)、I2C控制器(位于0x10160000)、64MB NOR Flash(位于0x30000000);
External bus桥上连接的I2C控制器所对应的I2C总线上又连接了Maxim DS1338实时钟(I2C地址为0x58)。
其对应的.dts文件为:
-
/ {
-
compatible = "acme,coyotes-revenge";
-
#address-cells = <1>;
-
#size-cells = <1>;
-
interrupt-parent = <&intc>;
-
-
cpus {
-
#address-cells = <1>;
-
#size-cells = <0>;
-
cpu@0 {
-
compatible = "arm,cortex-a9";
-
reg = <0>;
-
};
-
cpu@1 {
-
compatible = "arm,cortex-a9";
-
reg = <1>;
-
};
-
};
-
-
serial@101f0000 {
-
compatible = "arm,pl011";
-
reg = <0x101f0000 0x1000 >;
-
interrupts = < 1 0 >;
-
};
-
-
serial@101f2000 {
-
compatible = "arm,pl011";
-
reg = <0x101f2000 0x1000 >;
-
interrupts = < 2 0 >;
-
};
-
-
-
-
gpio@101f3000 {
-
compatible = "arm,pl061";
-
reg = <0x101f3000 0x1000
-
0x101f4000 0x0010>;
-
interrupts = < 3 0 >;
-
};
-
-
intc: interrupt-controller@10140000 {
-
compatible = "arm,pl190";
-
reg = <0x10140000 0x1000 >;
-
interrupt-controller;
-
#interrupt-cells = <2>;
-
};
-
-
spi@10115000 {
-
compatible = "arm,pl022";
-
reg = <0x10115000 0x1000 >;
-
interrupts = < 4 0 >;
-
};
-
-
-
-
external-bus {
-
#address-cells = <2>
-
#size-cells = <1>;
-
ranges = <0 0 0x10100000 0x10000
-
1 0 0x10160000 0x10000
-
2 0 0x30000000 0x1000000>;
-
-
ethernet@0,0 {
-
compatible = "smc,smc91c111";
-
reg = <0 0 0x1000>;
-
interrupts = < 5 2 >;
-
};
-
-
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>;
-
interrupts = < 7 3 >;
-
};
-
};
-
-
flash@2,0 {
-
compatible = "samsung,k8f1315ebm", "cfi-flash";
-
reg = <2 0 0x4000000>;
-
};
-
};
-
};
上
述.dts文件中,root结点"/"的compatible 属性compatible =
"acme,coyotes-revenge";定义了系统的名称,它的组织形式
为:,。Linux内核透过root结点"/"的compatible
属性即可判断它启动的是什么machine。
在.dts文件的每个设备,都有一个compatible属性,compatible属性用户驱动和设备的绑定。compatible
属性是一个字符串的列表,列表中的第一个字符串表征了结点代表的确切设备,形式为",",其后的字符串表征可兼容的其他设备。可以说前面的是特指,后面的则涵盖更广的范围。
如在arch/arm/boot/dts/vexpress-v2m.dtsi中的Flash结点:
-
flash@0,00000000 {
-
compatible = "arm,vexpress-flash", "cfi-flash";
-
reg = <0 0x00000000 0x04000000>,
-
<1 0x00000000 0x04000000>;
-
bank-width = <4>;
-
};
compatible属性的第2个字符串"cfi-flash"明显比第1个字符串"arm,vexpress-flash"涵盖的范围更广。
接下来root结点"/"的cpus子结点下面又包含2个cpu子结点,描述了此machine上的2个CPU,并且二者的compatible 属性为"arm,cortex-a9"。
注意cpus和cpus的2个cpu子结点的命名,它们遵循的组织形式为:[@],<>中的内容是必选项,[]中的则为可选项。name是一个ASCII字符串,用于描述结点对应的设备类型,如
3com Ethernet适配器对应的结点name宜为ethernet,而不是3com509。如果一个结点描述的设备有地址,则应该给出@unit-address。多个相同类型设备结点的name可以一样,只要unit-address不同即可,如本例中含有cpu@0、cpu@1以及serial@101f0000与serial@101f2000这样的同名结点。设备的unit-address地址也经常在其对应结点的reg属性中给出。
reg的组织形式为reg = ,其中的每一组addresslength表明了设备使用的一个地址范围。address为1个或多个32位的整型(即cell),而length则为cell的列表或者为空(若#size-cells
= 0)。address和length字段是可变长的,父结点的#address-cells和#size-cells分别决定了子结点的reg属性的address和length字段的长度。
在本例
中,root结点的#address-cells = <1>;和#size-cells
=<1>;决定了serial、gpio、spi等结点的address和length字段的长度分别为1。cpus
结点的#address-cells= <1>;和#size-cells
=<0>;决定了2个cpu子结点的address为1,而length为空,于是形成了2个cpu的reg
=<0>;和reg
=<1>;。external-bus结点的#address-cells= <2>和#size-cells
=<1>;决定了其下的ethernet、i2c、flash的reg字段形如reg = <0 00x1000>;、reg =
<1 00x1000>;和reg = <2
00x4000000>;。其中,address字段长度为0,开始的第一个cell(0、1、2)是对应的片选,第2个cell(0,0,0)是
相对该片选的基地址,第3个cell(0x1000、0x1000、0x4000000)为length。特别要留意的是i2c结点中定义的
#address-cells = <1>;和#size-cells
=<0>;又作用到了I2C总线上连接的RTC,它的address字段为0x58,是设备的I2C地址。
root
结点的子结点描述的是CPU的视图,因此root子结点的address区域就直接位于CPU的memory区域。但是,经过总线桥后的address往
往需要经过转换才能对应的CPU的memory映射。external-bus的ranges属性定义了经过external-bus桥后的地址范围如何
映射到CPU的memory区域。
-
ranges = <0 0 0x10100000 0x10000
-
1 0 0x10160000 0x10000
-
2 0 0x30000000 0x1000000>;
ranges
是地址转换表,其中的每个项目是一个子地址、父地址以及在子地址空间的大小的映射。映射表中的子地址、父地址分别采用子地址空间的#address-
cells和父地址空间的#address-cells大小。对于本例而言,子地址空间的#address-cells为2,父地址空间
的#address-cells值为1,因此0 0 0x10100000
0x10000的前2个cell为external-bus后片选0上偏移0,第3个cell表示external-bus后片选0上偏移0的地址空间被
映射到CPU的0x10100000位置,第4个cell表示映射的大小为0x10000。ranges的后面2个项目的含义可以类推。
Device Tree中还可以中断连接信息,对于中断控制器而言,它提供如下属性:
interrupt-controller– 这个属性为空,中断控制器应该加上此属性表明自己的身份;
#interrupt-cells– 与#address-cells 和 #size-cells相似,它表明连接此中断控制器的设备的interrupts属性的cell大小。
在整个Device Tree中,与中断相关的属性还包括:
interrupt-parent–
设备结点透过它来指定它所依附的中断控制器的phandle,当结点没有指定interrupt-parent时,则从父级结点继承。对于本例而
言,root结点指定了interrupt-parent= <&intc>;其对应于intc:
interrupt-controller@10140000,而root结点的子结点并未指定interrupt-parent,因此它们都继承了
intc,即位于0x10140000的中断控制器。
interrupts
–
用到了中断的设备结点透过它指定中断号、触发方法等,具体这个属性含有多少个cell,由它依附的中断控制器结点的#interrupt-cells属性
决定。而具体每个cell又是什么含义,一般由驱动的实现决定,而且也会在Device Tree的binding文档中说明。
譬如,对于ARM GIC中断控制器而言,#interrupt-cells为3,它3个cell的具体含义kernel/Documentation/devicetree/bindings/arm/gic.txt就有如下文字说明:
PPI(Private peripheral interrupt) SPI(Shared peripheral interrupt)
一个设备
还可能用到多个中断号。对于ARM
GIC而言,若某设备使用了SPI的168、169号2个中断,而言都是高电平触发,则该设备结点的interrupts属性可定义
为:interrupts =<0 168 4>, <0 169 4>;
4.dts引起BSP和driver的变更
没有使用dts之前的BSP和driver
使用dts之后的driver
针对上面的dts,注意一下几点:
1).rtk_gpio_ctl_mlk这个是node的名字,自己可以随便定义,当然最好是见名知意,可以通过驱动程序打印当前使用的设备树节点
printk(“now dts node name is %s\n",pdev->dev.of_node->name);
2).
compatible选项是用来和驱动程序中的of_match_table指针所指向的of_device_id结构里的compatible字段匹配
的,只有dts里的compatible字段的名字和驱动程序中of_device_id里的compatible字段的名字一样,驱动程序才能进入
probe函数
3).对
于gpios这个字段,首先&rtk_iso_gpio指明了这个gpio是连接到的是rtk_iso_gpio,接着那个8是gpio
number偏移量,它是以rtk_iso_gpiobase为基准的,紧接着那个0说明目前配置的gpio number
是设置成输入input,如果是1就是设置成输出output.最后一个字段1是指定这个gpio
默认为高电平,如果是0则是指定这个gpio默认为低电平
4).如
果驱动里面只是利用compatible字段进行匹配进入probe函数,那么gpios
可以不需要,但是如果驱动程序里面是采用设备树相关的方法进行操作获取gpio number,那么gpios这个字段必须使用。
gpios这个字段是由of_get_gpio_flags函数
默认指定的name.
获取gpio number的函数如下:
of_get_named_gpio_flags()
of_get_gpio_flags()
注册i2c_board_info,指定IRQ等板级信息。
形如
-
static struct i2c_board_info __initdata afeb9260_i2c_devices[] = {
-
{
-
I2C_BOARD_INFO("tlv320aic23", 0x1a),
-
}, {
-
I2C_BOARD_INFO("fm3130", 0x68),
-
}, {
-
I2C_BOARD_INFO("24c64", 0x50),
-
}
-
};
之类的i2c_board_info代码,目前不再需要出现,现在只需要把tlv320aic23、fm3130、24c64这些设备结点填充作为相应的I2C controller结点的子结点即可,类似于前面的
-
i2c@1,0 {
-
compatible = "acme,a1234-i2c-bus";
-
…
-
rtc@58 {
-
compatible = "maxim,ds1338";
-
reg = <58>;
-
interrupts = < 7 3 >;
-
};
-
};
Device Tree中的I2C client会透过I2C host驱动的probe()函数中调用of_i2c_register_devices(&i2c_dev->adapter);被自动展开。
5.常见的DTS 函数
Linux内核中目前DTS相关的函数都是以of_前缀开头的,它们的实现位于内核源码的drivers/of下面
void __iomem*of_iomap(struct device_node *node, int index)
通过设
备结点直接进行设备内存区间的
ioremap(),index是内存段的索引。若设备结点的reg属性有多段,可通过index标示要ioremap的是哪一段,只有1段的情
况,index为0。采用Device Tree后,大量的设备驱动通过of_iomap()进行映射,而不再通过传统的ioremap。
-
int of_get_named_gpio_flags(struct device_node *np,const charchar *propname,
-
int index, enum of_gpio_flags *flags)
-
-
static inline int of_get_gpio_flags(structdevice_node *np, int index,
-
enum of_gpio_flags *flags)
-
{
-
return of_get_named_gpio_flags(np, "gpios", index,flags);
-
}
从设备树中读取相关GPIO的配置编号和标志,返回值为 gpio number
6.DTC (device tree compiler)
将.dts
编译为.dtb的工具。DTC的源代码位于内核的scripts/dtc目录,在Linux内核使能了Device
Tree的情况下,编译内核的时候主机工具dtc会被编译出来,对应scripts/dtc/Makefile中的“hostprogs-y :=
dtc”这一hostprogs编译target。
在Linux内核的arch/arm/boot/dts/Makefile中,描述了当某种SoC被选中后,哪些.dtb文件会被编译出来,如与VEXPRESS对应的.dtb包括:
-
dtb-$(CONFIG_ARCH_VEXPRESS) += vexpress-v2p-ca5s.dtb \
-
vexpress-v2p-ca9.dtb \
-
vexpress-v2p-ca15-tc1.dtb \
-
vexpress-v2p-ca15_a7.dtb \
-
xenvm-4.2.dtb
在
Linux下,我们可以单独编译Device Tree文件。当我们在Linux内核下运行make
dtbs时,若我们之前选择了ARCH_VEXPRESS,上述.dtb都会由对应的.dts编译出来。因为arch/arm/Makefile中含有一
个dtbs编译target项目。
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