DTS

時間 2019-11-11

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1、DTS的加載過程node

若是要使用Device Tree，首先用戶要了解本身的硬件配置和系統運行參數，並把這些信息組織成Device Tree source file。經過DTC（Device Tree Compiler），能夠將這些適合人類閱讀的Device Tree source file變成適合機器處理的Device Tree binary file（device tree blob）。ios

在系統啓動時，boot program（例如：firmware、bootloader）能夠將保存在flash中的DTB copy到內存（固然也能夠經過其餘方式，例如經過bootloader的交互式命令加載DTB，或者firmware能夠探測到device的信息，組織成DTB保存在內存中），並把DTB的起始地址傳遞給client program（例如OS kernel，bootloader或者其餘特殊功能的程序）。chrome

對於計算機系統（computer system），通常是firmware->bootloader->OS，對於嵌入式系統，通常是bootloader->OS。express

2、DTS的描述信息

Device Tree由一系列被命名的結點（node）和屬性（property）組成，而結點自己可包含子結點。

所謂屬性，其實就是成對出現的name和value。

在Device Tree中，可描述的信息包括（原先這些信息大多被hard code寫到kernel中）：

CPU的數量和類別
內存基地址和大小
總線和橋
外設鏈接
中斷控制器和中斷使用狀況
GPIO控制器和GPIO使用狀況
Clock控制器和Clock使用狀況

它基本上就是畫一棵電路板上CPU、總線、設備組成的樹，Bootloader會將這棵樹傳遞給內核，而後內核能夠識別這棵樹，並根據它展開出Linux內核中的platform_device、i2c_client、spi_device等設備，而這些設備用到的內存、IRQ等資源，也被傳遞給了內核，內核會將這些資源綁定給展開的相應的設備。數組

Device Tree是否要描述系統中的全部硬件信息？答案是否認的。基本上，不須要描述那些能夠動態探測到的設備，例如USB device。不過對於SOC上的usb hostcontroller，它沒法被動態識別，須要在device tree中描述。app

同理，在computersystem中，PCI device能夠被動態探測到，不須要在device tree中描述，可是PCI bridge若是不能被探測，那麼就須要描述它。函數

.dts文件是一種ASCII 文本格式的Device Tree描述，此文本格式很是人性化，適合人類的閱讀習慣。工具

基本上，在ARM Linux中，一個.dts文件對應一個ARM的machine，通常放置在內核的arch/arm/boot/dts/目錄。ui

因爲一個SoC可能對應多個machine（一個SoC能夠對應多個產品和電路板），勢必這些.dts文件需包含許多共同的部分，Linux內核爲了簡化，把SoC公用的部分或者多個machine共同的部分通常提煉爲.dtsi，相似於C語言的頭文件。其餘的machine對應的.dts能夠include這個.dtsi。spa

譬如，對於RK3288而言， rk3288.dtsi就被rk3288-chrome.dts所引用，rk3288-chrome.dts有以下一行：#include「rk3288.dtsi」。

再如rtd1195, 在 rtd-119x-nas.dts中就包含了/include/ "rtd-119x.dtsi"。

固然，和C語言的頭文件相似，.dtsi也能夠include其餘的.dtsi，譬如幾乎全部的ARM SoC的.dtsi都引用了skeleton.dtsi，即#include"skeleton.dtsi「

或者 /include/ "skeleton.dtsi"

正常狀況下全部的dts文件以及dtsi文件都含有一個根節點」/」, 這樣include以後就會有不少個根節點。按理說 device tree既然是一個樹，那麼其只能有一個根節點，全部其餘的節點都是派生於根節點的child node。

其實Device Tree Compiler會對DTS的node進行合併，最終生成的DTB中只有一個 root node。

device tree的基本單元是node。這些node被組織成樹狀結構，除了root node，每一個node都只有一個parent。一個device tree文件中只能有一個root node。每一個node中包含了若干的property/value來描述該node的一些特性。

每一個node用節點名字（node name）標識，節點名字的格式是node-name@unit-address。

若是該node沒有reg屬性（後面會描述這個property），那麼該節點名字中必須不能包括@和unit-address。unit-address的具體格式是和設備掛在那個bus上相關。例如對於cpu，其unit-address就是從0開始編址，以此加一。

而具體的設備，例如以太網控制器，其unit-address就是寄存器地址。root node的node name是肯定的，必須是「/」。

在一個樹狀結構的device tree中，如何引用一個node呢？要想惟一指定一個node必須使用full path，例如/node-name-1/node-name-2/node-name-N。

3、DTS的組成結構

    {

        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 {

            };

        };

    };

上述.dts文件並無什麼真實的用途，但它基本表示了一個Device Tree源文件的結構：
一、1個root結點"/"；

二、root結點下面含一系列子結點，本例中爲"node1"和 "node2"；

三、結點"node1"下又含有一系列子結點，本例中爲"child-node1"和 "child-node2"；

四、各結點都有一系列屬性。這些屬性可能爲空，如"an-empty-property"；可能爲字符串，如"a-string-property"；可能爲字符串數組，如"a-string-list-property"；可能爲Cells（由u32整數組成），如"second-child-property"，可能爲二進制數，如"a-byte-data-property"。

下面以一個最簡單的machine爲例來看如何寫一個.dts文件。假設此machine的配置以下：
一、1個雙核ARM Cortex-A9 32位處理器；

二、ARM的local bus上的內存映射區域分佈了2個串口（分別位於0x101F1000 和 0x101F2000）、GPIO控制器（位於0x101F3000）、SPI控制器（位於0x10115000）、中斷控制器（位於0x10140000）和一個external bus橋；

三、External bus橋上又鏈接了SMC SMC91111 Ethernet（位於0x10100000）、I2C控制器（位於0x10160000）、64MB NOR Flash（位於0x30000000）；

四、External bus橋上鍊接的I2C控制器所對應的I2C總線上又鏈接了Maxim DS1338實時鐘（I2C地址爲0x58）。

其對應的.dts文件爲：

    {

        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     // Chipselect 1, Ethernet  

    1 0  0x10160000   0x10000     // Chipselect 2, i2c controller  

    2 0  0x30000000   0x1000000>; // Chipselect 3, NOR Flash  


            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結點"/"的compatible 屬性compatible = "acme,coyotes-revenge";定義了系統的名稱，它的組織形式爲：<manufacturer>,<model>。

Linux內核透過root結點"/"的compatible 屬性便可判斷它啓動的是什麼machine。

在.dts文件的每一個設備，都有一個compatible屬性，compatible屬性用於驅動和設備的綁定。compatible 屬性是一個字符串的列表，列表中的第一個字符串表徵告終點表明的確切設備，形式爲"<manufacturer>,<model>"，其後的字符串表徵可兼容的其餘設備。能夠說前面的是特指，後面的則涵蓋更廣的範圍。

如在arch/arm/boot/dts/vexpress-v2m.dtsi中的Flash結點：

    flash@0,00000000 {

        compatible = "arm,vexpress-flash", "cfi-flash";

        reg = <0 0x00000000 0x04000000>,

        <1 0x00000000 0x04000000>;

        bank-width = <4>;

    };

compatible屬性的第2個字符串"cfi-flash"明顯比第1個字符串"arm,vexpress-flash"涵蓋的範圍更廣。

接下來root結點"/"的cpus子結點下面又包含2個cpu子結點，描述了此machine上的2個CPU，而且兩者的compatible 屬性爲"arm,cortex-a9"。

注意：cpus和cpus的2個cpu子結點的命名，它們遵循的組織形式爲：<name>[@<unit-address>]，<>中的內容是必選項，[]中的則爲可選項。name是一個ASCII字符串，用於描述結點對應的設備類型，如3com Ethernet適配器對應的結點name宜爲ethernet，而不是3com509。

若是一個結點描述的設備有地址，則應該給出@unit-address。多個相同類型設備結點的name能夠同樣，只要unit-address不一樣便可，如本例中含有cpu@0、cpu@1以及serial@101f0000與serial@101f2000這樣的同名結點。設備的unit-address地址也常常在其對應結點的reg屬性中給出。

reg的組織形式爲reg = <address1 length1 [address2 length2][address3 length3] ... >，其中的每一組addresslength代表了設備使用的一個地址範圍。address爲1個或多個32位的整型（即cell），而length則爲cell的列表或者爲空（若#size-cells = 0）。

address和length字段是可變長的，父結點的#address-cells和#size-cells分別決定了子結點的reg屬性的address和length字段的長度。

在本例中，root結點的#address-cells = <1>;和#size-cells =<1>;決定了serial、gpio、spi等結點的address和length字段的長度分別爲1。

cpus 結點的#address-cells= <1>，和#size-cells =<0>。決定了2個cpu子結點的address爲1，而length爲空，因而造成了2個cpu的reg =<0>，和reg =<1>;

external-bus結點的#address-cells= <2>和#size-cells =<1>;決定了其下的ethernet、i2c、flash的reg字段形如reg = <0 00x1000>; reg = <1 00x1000>;和reg = <2 00x4000000>;

其中，address字段長度爲0，開始的第一個cell（0、一、2）是對應的片選，第2個cell（0，0，0）是相對該片選的基地址，第3個cell（0x1000、0x1000、0x4000000）爲length。

特別要留意的是i2c結點中定義的 #address-cells = <1>，和#size-cells =<0>; 又做用到了I2C總線上鏈接的RTC，它的address字段爲0x58，是設備的I2C地址。

root結點的子結點描述的是CPU的視圖，所以root子結點的address區域就直接位於CPU的memory區域。可是，通過總線橋後的address每每須要通過轉換才能對應的CPU的memory映射。

external-bus的ranges屬性定義了通過external-bus橋後的地址範圍如何映射到CPU的memory區域。

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是地址轉換表，其中的每一個項目是一個子地址、父地址以及在子地址空間的大小的映射。映射表中的子地址、父地址分別採用子地址空間的#address-cells和父地址空間的#address-cells大小。

對於本例而言，子地址空間的#address-cells爲2，父地址空間的#address-cells值爲1，所以0 0 0x10100000 0x10000的前2個cell爲external-bus後片選0上偏移0，第3個cell表示external-bus後片選0上偏移0的地址空間被映射到CPU的0x10100000位置，第4個cell表示映射的大小爲0x10000。ranges的後面2個項目的含義能夠類推。

Device Tree中還能夠中斷鏈接信息，對於中斷控制器而言，它提供以下屬性：
interrupt-controller– 這個屬性爲空，中斷控制器應該加上此屬性代表本身的身份；
#interrupt-cells– 與#address-cells 和 #size-cells類似，它代表鏈接此中斷控制器的設備的interrupts屬性的cell大小。

在整個Device Tree中，與中斷相關的屬性還包括：
interrupt-parent– 設備結點透過它來指定它所依附的中斷控制器的phandle，當結點沒有指定interrupt-parent時，則從父級結點繼承。

對於本例而言，root結點指定了interrupt-parent= <&intc>;其對應於intc: interrupt-controller@10140000，而root結點的子結點並未指定interrupt-parent，所以它們都繼承了intc，即位於0x10140000的中斷控制器。

interrupts – 用到了中斷的設備結點透過它指定中斷號、觸發方法等，具體這個屬性含有多少個cell，由它依附的中斷控制器結點的#interrupt-cells屬性決定。而具體每一個cell又是什麼含義，通常由驅動的實現決定，並且也會在Device Tree的binding文檔中說明。

譬如，對於ARM GIC中斷控制器而言，#interrupt-cells爲3，它3個cell的具體含義kernel/Documentation/devicetree/bindings/arm/gic.txt就有以下文字說明：

PPI(Private peripheral interrupt) SPI(Shared peripheral interrupt)

一個設備還可能用到多箇中斷號。對於ARM GIC而言，若某設備使用了SPI的16八、169號2箇中斷，而言都是高電平觸發，則該設備結點的interrupts屬性可定義爲：interrupts =<0 168 4>, <0 169 4>;

4、dts引發BSP和driver的變動

沒有使用dts以前的BSP和driver

使用dts以後的driver

針對上面的dts，注意如下幾點：

(1)、rtk_gpio_ctl_mlk這個是node的名字，本身能夠隨便定義，固然最好是見名知意，能夠經過驅動程序打印當前使用的設備樹節點

printk(「now dts node name is %s\n",pdev->dev.of_node->name);

(2). compatible選項是用來和驅動程序中的of_match_table指針所指向的of_device_id結構裏的compatible字段匹配的，只有dts裏的compatible字段的名字和驅動程序中of_device_id裏的compatible字段的名字同樣，驅動程序才能進入probe函數。

(3)、對於gpios這個字段，首先&rtk_iso_gpio指明瞭這個gpio是鏈接到的是rtk_iso_gpio, 接着那個8是gpio number偏移量，它是以rtk_iso_gpiobase爲基準的, 緊接着那個0說明目前配置的gpio number 是設置成輸入input, 若是是1就是設置成輸出output，最後一個字段1是指定這個gpio 默認爲高電平，若是是0則是指定這個gpio默認爲低電平。

(4)、若是驅動裏面只是利用compatible字段進行匹配進入probe函數，那麼gpios 能夠不須要，可是若是驅動程序裏面是採用設備樹相關的方法進行操做獲取gpio number, 那麼gpios這個字段必須使用。 gpios這個字段是由of_get_gpio_flags函數默認指定的name。

獲取gpio number的函數以下：

of_get_named_gpio_flags()

of_get_gpio_flags()

註冊i2c_board_info，指定IRQ等板級信息。

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),

    }

    }；

之類的i2c_board_info代碼，目前再也不須要出現，如今只須要把tlv320aic2三、fm3130、24c64這些設備結點填充做爲相應的I2C controller結點的子結點便可，相似於前面的

    i2c@1,0 {

        compatible = "acme,a1234-i2c-bus";

        …

        rtc@58 {

            compatible = "maxim,ds1338";

            reg = <58>;

            interrupts = < 7 3 >;

        };

    };

Device Tree中的I2C client會透過I2C host驅動的probe()函數中調用of_i2c_register_devices(&i2c_dev->adapter); 而後被自動展開。

5、常見的DTS 函數

Linux內核中目前DTS相關的函數都是以of_前綴開頭的，它們的實現位於內核源碼的drivers/of下面

void __iomem*of_iomap(struct device_node *node, int index)

經過設備結點直接進行設備內存區間的 ioremap()，index是內存段的索引。若設備結點的reg屬性有多段，可經過index標示要ioremap的是哪一段，只有1段的狀況，index爲0。

採用Device Tree後，大量的設備驅動經過of_iomap()進行映射，而再也不經過傳統的ioremap。

int of_get_named_gpio_flags(struct device_node *np,const char *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);

}

從設備樹中讀取相關GPIO的配置編號和標誌,返回值爲 gpio number。

6、DTC (device tree compiler)

將.dts編譯爲.dtb的工具。DTC的源代碼位於內核的scripts/dtc目錄，在Linux內核使能了Device Tree的狀況下，編譯內核的時候主機工具dtc會被編譯出來，對應scripts/dtc/Makefile中的「hostprogs-y := dtc」這一hostprogs編譯target。

在Linux內核的arch/arm/boot/dts/Makefile中，描述了當某種SoC被選中後，哪些.dtb文件會被編譯出來，如與VEXPRESS對應的.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

當咱們在Linux內核下運行make dtbs時，若以前選擇了ARCH_VEXPRESS，上述.dtb都會由對應的.dts編譯出來。由於arch/arm/Makefile中含有一個dtbs編譯target項目。固然也能夠單獨編譯Device Tree文件。命令由讀者自行去找。

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