Device Tree常用方法解析

linux_android 2016-06-27

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Device Tree常用方法解析

Device Tree在Linux內(nèi)核驅(qū)動中的使用源于2011年3月17日Linus Torvalds在ARM Linux郵件列表中的一封郵件，他宣稱“this whole ARM thing is a f*cking pain in the ass”，并提倡學(xué)習(xí)PowerPC等其他架構(gòu)已經(jīng)成熟使用的Device Tree技術(shù)。自此，Device Tree正式進(jìn)入ARM社區(qū)的視野中。

1. 作用

Device Tree是一種用來描述硬件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，類似板級描述語言，起源于OpenFirmware(OF)。在目前廣泛使用的Linux kernel 2.6.x版本中，對于不同平臺、不同硬件，往往存在著大量的不同的、移植性差的板級描述代碼，以達(dá)到對這些不同平臺和不同硬件特殊適配的需求。但是過多的平臺、過的的不同硬件導(dǎo)致了這樣的代碼越來越多，最終引發(fā)了Linux創(chuàng)始人Linus的不滿，以及強(qiáng)烈呼吁改變。Device Tree的引入給驅(qū)動適配帶來了很大的方便，一套完整的Device Tree可以將一個(gè)PCB擺在你眼前。Device Tree可以描述CPU，可以描述時(shí)鐘、中斷控制器、IO控制器、SPI總線控制器、I2C控制器、存儲設(shè)備等任何現(xiàn)有驅(qū)動單位。對具體器件能夠描述到使用哪個(gè)中斷，內(nèi)存映射空間是多少等等。

2. 基本數(shù)據(jù)格式

Device Tree由節(jié)點(diǎn)和屬性構(gòu)成。屬性為key-value對，節(jié)點(diǎn)包括了各種屬性，也可以包含子節(jié)點(diǎn)。下邊列舉一個(gè)簡單的dts文件：

/ {
    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>; /* each number (cell) is a uint32 */
        child-node1 {
        };
    };
};

這個(gè)文件實(shí)際上沒有任何意義，但卻包含了基本所有要素：

1 唯一的根節(jié)點(diǎn) “/”
2 一些節(jié)點(diǎn)：node1 node2
3 子節(jié)點(diǎn) node1的子節(jié)點(diǎn)child-node1和child-node2
4 一群分散的屬性

屬性都是簡單的key-value對，其中value也可以是空的或包含任意的byte流。以下是一些屬性的基本數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：

1 雙引號包含的字符信息
```
  string-property = "a string";
```
2 cells單位信息是32位無符號整型數(shù)據(jù)
```
  cell-property = <0xFF01 412 0x12341283>;
```

3 二進(jìn)制數(shù)據(jù)流

  binary-property = [0x01 0x02 0x03 0x04];

4 混合數(shù)據(jù)用逗號隔開

  mixed-property = "a string", [0x01 0x02 0x03 0x04], <0xFF01 412 0x12341283>;

5 字符列表

  string-list = "string test1", "string test2";

3. 一些基本概念

每個(gè)完整的dts文件必須擁有一個(gè)根節(jié)點(diǎn)
dtsi文件一般為通用文件（類似C語言的頭文件），可被其他文件include
后邊的名字涵蓋的范圍更加廣泛，如果可以匹配到，同樣會以這個(gè)dts為基礎(chǔ)進(jìn)行初始化并啟動。
父節(jié)點(diǎn)名應(yīng)該取類型名，而不是IC名。節(jié)點(diǎn)名的命名規(guī)則一般是 [name]@[address]，也可以只有name而沒有@之后的內(nèi)容，但是要確保name不能重名。如果加了@以及地址，那么name可以相同，只要address不同即可。
每一個(gè)設(shè)備節(jié)點(diǎn)都要有一個(gè)compatible屬性
compatible的內(nèi)容是用來匹配驅(qū)動的，組成方式為"[manufacturer], [model]"，加入廠商名是為了避免重名。有的時(shí)候后邊還會跟一個(gè)名字，如：
```
  compatible = "acme,coyotes-revenge", "acmd-board";
```

4. 工作方式

a. 地址

設(shè)備的地址特性根據(jù)一下幾個(gè)屬性來控制：

reg
#address-cells
#size-cells

reg意為region，區(qū)域。格式為：

reg = <address1 length1 [address2 length2] [address3 length3]>;

父類的address-cells和size-cells決定了子類的相關(guān)屬性要包含多少個(gè)cell，如果子節(jié)點(diǎn)有特殊需求的話，可以自己再定義，這樣就可以擺脫父節(jié)點(diǎn)的控制。
address-cells決定了address1/2/3包含幾個(gè)cell，size-cells決定了length1/2/3包含了幾個(gè)cell。本地模塊例如：

spi@10115000 {
        compatible = "arm,pl022";
        reg = <0x10115000 0x1000 >;
};

位于0x10115000的SPI設(shè)備申請地址空間，起始地址為0x10115000，長度為0x1000，即屬于這個(gè)SPI設(shè)備的地址范圍是0x10115000~0x10116000。

實(shí)際應(yīng)用中，有另外一種情況，就是通過外部芯片片選激活模塊。例如，掛載在外部總線上，需要通過片選線工作的一些模塊：

external-bus {
    #address-cells = <2>
    #size-cells = <1>;

    ethernet@0,0 {
        compatible = "smc,smc91c111";
        reg = <0 0 0x1000>;
    };

    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>;
        };
    };

    flash@2,0 {
        compatible = "samsung,k8f1315ebm", "cfi-flash";
        reg = <2 0 0x4000000>;
    };
};

external-bus使用兩個(gè)cell來描述地址，一個(gè)是片選序號，另一個(gè)是片選序號上的偏移量。而地址空間長度依然用一個(gè)cell來描述。所以以上的子設(shè)備們都需要3個(gè)cell來描述地址空間屬性——片選、偏移量、地址長度。在上個(gè)例子中，有一個(gè)例外，就是i2c控制器模塊下的rtc模塊。因?yàn)镮2C設(shè)備只是被分配在一個(gè)地址上，不需要其他任何空間，所以只需要一個(gè)address的cell就可以描述完整，不需要size-cells。

當(dāng)需要描述的設(shè)備不是本地設(shè)備時(shí)，就需要描述一個(gè)從設(shè)備地址空間到CPU地址空間的映射關(guān)系，這里就需要用到ranges屬性。還是以上邊的external-bus舉例：

#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
...
external-bus {
    #address-cells = <2>
    #size-cells = <1>;
    ranges = <0 0  0x10100000   0x10000     // Chipselect 1, Ethernet
              1 0  0x10160000   0x10000     // Chipselect 2, i2c controller
              2 0  0x30000000   0x1000000>; // Chipselect 3, NOR Flash
};

ranges屬性為一個(gè)地址轉(zhuǎn)換表。表中的每一行都包含了子地址、父地址、在自地址空間內(nèi)的區(qū)域大小。他們的大?。ò腸ell）分別由子節(jié)點(diǎn)的address-cells的值、父節(jié)點(diǎn)的address-cells的值和子節(jié)點(diǎn)的size-cells來決定。以第一行為例：

0 0 兩個(gè)cell，由子節(jié)點(diǎn)external-bus的address-cells=<2>決定；
0x10100000 一個(gè)cell，由父節(jié)點(diǎn)的address-cells=<1>決定；
0x10000 一個(gè)cell，由子節(jié)點(diǎn)external-bus的size-cells=<1>決定。
最終第一行說明的意思就是：片選0，偏移0（選中了網(wǎng)卡），被映射到CPU地址空間的0x10100000~0x10110000中，地址長度為0x10000。

b. 中斷

描述中斷連接需要四個(gè)屬性：
1. interrupt-controller 一個(gè)空屬性用來聲明這個(gè)node接收中斷信號；
2. #interrupt-cells 這是中斷控制器節(jié)點(diǎn)的屬性，用來標(biāo)識這個(gè)控制器需要幾個(gè)單位做中斷描述符；
3. interrupt-parent 標(biāo)識此設(shè)備節(jié)點(diǎn)屬于哪一個(gè)中斷控制器，如果沒有設(shè)置這個(gè)屬性，會自動依附父節(jié)點(diǎn)的；
4. interrupts 一個(gè)中斷標(biāo)識符列表，表示每一個(gè)中斷輸出信號。

如果有兩個(gè)，第一個(gè)是中斷號，第二個(gè)是中斷類型，如高電平、低電平、邊緣觸發(fā)等觸發(fā)特性。對于給定的中斷控制器，應(yīng)該仔細(xì)閱讀相關(guān)文檔來確定其中斷標(biāo)識該如何解析。

c. 其他

除了以上規(guī)則外，也可以自己加一些自定義的屬性和子節(jié)點(diǎn)，但是一定要符合以下的幾個(gè)規(guī)則：

新的設(shè)備屬性一定要以廠家名字做前綴，這樣就可以避免他們會和當(dāng)前的標(biāo)準(zhǔn)屬性存在命名沖突問題；
新加的屬性具體含義以及子節(jié)點(diǎn)必須加以文檔描述，這樣設(shè)備驅(qū)動開發(fā)者就知道怎么解釋這些數(shù)據(jù)了。描述文檔中必須特別說明compatible的value的意義，應(yīng)該有什么屬性，可以有哪個(gè)（些）子節(jié)點(diǎn)，以及這代表了什么設(shè)備。每個(gè)獨(dú)立的compatible都應(yīng)該由單獨(dú)的解釋。
新添加的這些要發(fā)送到devicetree-discuss@lists.ozlabs.org郵件列表中進(jìn)行review，并且檢查是否會在將來引發(fā)其他的問題。

5. 進(jìn)階例子

pci@0x10180000 {
        compatible = "arm,versatile-pci-hostbridge", "pci";
        reg = <0x10180000 0x1000>;
        interrupts = <8 0>;
        bus-ranges = <0 0>;

        #address-cells = <3>
        #size-cells = <2>;
        ranges = <0x42000000 0 0x80000000 0x80000000 0 0x20000000
                  0x02000000 0 0xa0000000 0xa0000000 0 0x10000000
                  0x01000000 0 0x00000000 0xb0000000 0 0x01000000>;
};

像之前描述過的本地總線一樣，PCI地址空間與CPU地址空間是完全分離的，所以這里需要通過定義ranges屬性進(jìn)行地址轉(zhuǎn)化。
#address-cells定義PCI使用3個(gè)cell，并且PCI的地址范圍通過兩個(gè)單位就可以解讀。所以，首先的問題就是，為什么需要用3個(gè)32位的cell來描述一個(gè)PCI地址。

這三個(gè)cell分別代表物理地址高位、中位、低位：

1 phys.high cell : npt000ss bbbbbbbb dddddfff rrrrrrrr
2 phys.mid cell : hhhhhhh hhhhhhhh hhhhhhhh hhhhhhh
3 phys.low cell : llllllll llllllll llllllll llllllll

PCI地址為64位寬度，編碼在phys.mid和phys.low中。真正重要的東西在于phys.high這一位空間中：

n：代表重申請空間標(biāo)志（這里沒有使用）
p：代表預(yù)讀空間（緩存）標(biāo)志
t：別名地址標(biāo)志（這里沒有使用）
ss：空間代碼
00：設(shè)置空間
01：IO空間
10：32位存儲空間
11：64位存儲空間

bbbbbbbb： PCI總線號。PCI有可能是層次性架構(gòu)，所以我們可能需要區(qū)分一些子-總線
ddddd：設(shè)備號，通常由初始化設(shè)備選擇信號IDSEL連接時(shí)申請。
fff：功能序號，有些多功能PCI設(shè)備可能用到。
rrrrrrrr：注冊號，在設(shè)置周期使用。

ranges = <0x42000000 0 0x80000000 0x80000000 0 0x20000000
          0x02000000 0 0xa0000000 0xa0000000 0 0x10000000
          0x01000000 0 0x00000000 0xb0000000 0 0x01000000>;

回頭再看這個(gè)ranges分表代表了什么。父節(jié)點(diǎn)address-cells為1，子節(jié)點(diǎn)address-cells為3，子節(jié)點(diǎn)size-cells為2。則第一行可以這樣劃分：

0x42000000 0 0x80000000 子節(jié)點(diǎn)地址| 0x80000000 父節(jié)點(diǎn)地址| 0 0x20000000 地址空間長度|

0x42000000為phys.high，第一位為01000010，則p為1，ss為10，即申請32位存儲空間為緩存空間。phys.mid為0，phys.low為0x80000000，他們共同組成了PCI地址，即表示從PCI總線的0x80000000地址處申請出一個(gè)32位的存儲空間作為緩存。后邊的那個(gè)cell 0x80000000 0 0x20000000代表到CPU空間后的參數(shù)，申請的地址被映射到CPU空間的0x80000000地址處，大小共計(jì)0x20000000(512MB)。

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Device Tree常用方法解析

Device Tree常用方法解析

1. 作用

2. 基本數(shù)據(jù)格式

3. 一些基本概念

4. 工作方式

a. 地址

b. 中斷

c. 其他

5. 進(jìn)階例子

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