1 、前言
关于设备树,之前就已经接触过很久了,但是本着够用的原则,基本上都是看着文档 CRUD,处于一种不求甚解的状态,没有进行全面性的总结,导致很多知识点都是比较碎片状,没有形成一个系统的知识网络,最近公司来了一个实习生,问了个关于设备树的问题,居然没答上来,此处省略一千字,于是,为了尊严,工作多年的老咸鱼决定挪用一部分打篮球的时间,整理一下这方面的知识;
2 概念
2.1 什么是设备树 dts(device tree)?
设备树(Device Tree) 是描述计算机的特定硬件设备信息的数据结构,以便于操作系统的内核可以管理和使用这些硬件,包括 CPU 或 CPU,内存,总线和其他一些外设。
设备树是通过Open Firmware
项目从基于 SPARC 的工作站和服务器派生而来的。当前的 Devicetree 一般针对嵌入式系统,但仍然与某些服务器级系统一起使用(例如,Power Architecture Platform Reference 所描述的系统)。
然而x86 架构
的个人计算机通常不使用设备树,而是依靠各种自动配置协议来识别硬件。使用设备树的系统通常将静态设备树(可能存储在 ROM 中)传递给操作系统,但也可以在引导的早期阶段生成设备树。
例如,U-Boot 和 kexec 可以在启动新操作系统时传递设备树。一些系统使用的引导加载程序可能不支持设备树,但是可以与操作系统一起安装静态设备树,Linux 内核支持这种方法。Device Tree 规范目前由名为devicetree.org
的社区管理,该社区与 Linaro 和 Arm 等相关联。
2.2 使用设备树的优势有哪些?
Linux 内核从 3.x 版本之后开始支持使用设备树,这样做的意义重大,可以实现驱动代码与设备的硬件信息相互的隔离,减少了代码中的耦合性,在此之前,一些与硬件设备相关的具体信息都要写在驱动代码中,如果外设发生相应的变化,那么驱动代码就需要改动。
但是在引入了设备树之后,这种尴尬的情况找到了解决的办法,通过设备树对硬件信息的抽象,驱动代码只要负责处理逻辑,而关于设备的具体信息存放到设备树文件中,这样,如果只是硬件接口信息的变化而没有驱动逻辑的变化,开发者只需要修改设备树文件信息,不需要改写驱动代码。
3、 简介
3.1 dts
硬件的相应信息都会写在.dts
为后缀的文件中,每一款硬件可以单独写一份xxxx.dts
,一般在Linux
源码中存在大量的dts
文件,对于 arm 架构可以在arch/arm/boot/dts
找到相应的dts
,另外mips
则在arch/mips/boot/dts
,powerpc
在arch/powerpc/boot/dts
。
3.2 dtsi
值得一提的是,对于一些相同的dts
配置可以抽象到dtsi
文件中,然后类似于 C 语言的方式可以include
到dts
文件中,对于同一个节点的设置情况,dts
中的配置会覆盖dtsi
中的配置。具体如下图所示;
3.3 dtc
dtc
是编译dts
的工具,可以在Ubuntu
系统上通过指令apt-get install device-tree-compiler
安装dtc
工具,不过在内核源码scripts/dtc
路径下已经包含了dtc
工具;
3.4 dtb
dtb(Device Tree Blob)
,dts
经过dtc
编译之后会得到dtb
文件,dtb
通过Bootloader
引导程序加载到内核。所以Bootloader
需要支持设备树才行;Kernel 也需要加入设备树的支持;
4 、基本框架
下图是一个设备树文件的基本架构;大概看了一下有点类似于XML
文件,简单概括一下有这几个部分;
-
根节点: \
-
设备节点: nodex
-
节点名称:图中 node
; -
节点地址: node@0
就是节点的地址; -
子节点: childnode
-
-
属性:属性名称( Property name
)和属性值(Property value
) -
标签
具体如下图所示;
5 、动手写
在简单了解概念之后,我们可以开始尝试写一个简单的设备树,从而加深对设备树整体架构以及部分语法的理解,因为整体知识面比价庞杂,无法面面俱到,本文旨在笔者学习之初对于设备树常用部分的总结与归纳。因为会涉及到很多硬件信息的绑定,详细的可以查阅 Linux 内核源码下的文档Documentation/devicetree/bindings
。具体如下图所示;
硬件结构
1 个双核ARM Cortex-A9
32 位处理器;ARM 本地总线上的内存映射区域分布有两个串口(分别位于0x101F1000
和0x101F2000
)GPIO
控制器(位于0x101F3000
)SPI
控制器(位于0x10170000
) 中断控制器(位于0x10140000
) 外部总线桥上连接的设备如下:SMC SMC91111
以太网(位于0x10100000
)I2C
控制器(位于0x10160000
) 64MB NOR Flash(位于0x30000000
) 外部总线桥上连接的 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
) 具体如下图所示;
设备树 dts 文件
那么,如何将上面的硬件结构,通过设备树语言描述成dts
文件呢?具体我实现在下图,并且做出了详细的解释。其中需要注意的有以下几个属性:
-
compatitable
:兼容性属性; -
#address-cells
,#size-cells
:地址编码所采用的格式; -
节点名称@节点地址
:例如gpio@101f3000
,这里名称和地址要和实际的对应起来; -
标签
:例如interrupt-parent = <&intc>;
,这这里的intc
就是一个标签(label),通过&
可以获取它的值,这里可以简单的理解成一个变量,然后在下面需要对这个标签进行另外的解析,例如intc:interrupt-controller@10140000
;所以,这两个地方的intc
都是对应起来的。最后,具体的实现可以参考下图;
总结
由于 Linux 知识体系十分庞杂,作者能力有限,只介绍了其中一小部分,希望对您有所帮助,本文参考了《Linux 设备驱动开发详解 4.0 内核》,petazzoni-device-tree-dummies,Kernel_Source_Documentation[1]