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Linux驱动入门-设备树DTS
作者:thatway
  976  次浏览      18 次
 2023-9-12
 
编辑推荐:
本文主要介绍了Linux驱动入门之 设备树,设备树起源、基本概念介绍、DTS基本框架及修改DTS试验。希望对您的学习有所帮助。
本文来自于微信公众号车端,由火龙果软件Alice编辑、推荐。

设备树(DTS:device tree source),字面意思就是一块电路板上设备如上图中CPU、DDR、I2C、GPIO、SPI等,按照树形结构描绘成的一棵树。按照策略和功能分离的思路,就是驱动代码(功能)和设备树DTS配置文件(策略)分开来进行设计,这样针对不同的电路板,Linux驱动代码就不用动了,只需要改改DTS就可以,DTS中的配置会决定哪些驱动去运行。

Linux相关知识在嵌入式领域中很重要,要学习可以找一个能运行Linux代码的环境,最好有一个开发板,也可以用qemu在ubuntu上运行。

1.设备树起源

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中,如果外设发生相应的变化,那么驱动代码就需要改动。

2011年,Linux之父Linus Torvalds发现这个问题后,就通过邮件向ARM-Linux开发社区发了一封邮件,不禁的发出了一句“This whole ARM thing is a f*cking pain in the ass”。之后,ARM社区就引入了PowerPC等架构已经采用的设备树(Flattened Device Tree)机制,将板级信息内容都从Linux内核中分离开来,用一个专属的文件格式来描述,即现在的.dts文件。

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。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。

设备树由一系列被命名的节点(Node)和属性(Property)组成,而节点本身可包含子节点。在设备树中,可描述的信息包括:

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。

时钟控制器和时钟使用情况。

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。

2. 基本概念介绍

2.1 dts

dts(device tree source设备树源文件)文件是一种ASCII文本格式的设备树描述文件,此文件适合人类阅读,主要是给用户看的。

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。

对于imx6ull开发板

arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dts

dts中一般会包一个公共部分的dtsi文件,如下:

#include "imx6ull.dtsi"

2.2 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imx6ull开发板arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi

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;

2.3 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;

2.4 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;

dtb文件布局如下:

从上图可以看出,DTB文件主要包含四部分内容:

struct ftdheader:用来表明各个分部的偏移地址,整个文件的大小,版本号等;

memory reservation block:在设备树中使用/memreserve/ 定义的保留内存信息;

structure block:保存节点的信息,节点的结构;

strings block:保存属性的名字,单独作为字符串保存;

dtb文件代码级别的解析可以参考:

https://cloud.tencent.com/developer/article/1887823

(1) dtb 文件的结构图如下:

(2) 设备节点的结构图如下:

2.5 DTB加载及解析过程

U-Boot处理如下:

3. DTS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;

一个例子:

1 个双核ARM Cortex-A932 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;

一个移植网卡的例子:

比如dm9000网卡,就需要首先将示例信息挂接到我们的板级设备树上,并根据芯片手册和电路原理图将相应的属性进行配置,再配置相应的驱动。需要注意的是,dm9000的地址线一般是接在片选线上的,所以设备树中就应该归属与相应片选线节点,我这里用的exynos4412,接在了bank1,所以是"<0x50000000 0x2 0x50000004 0x2>"

最终的配置结果是:

然后make menuconfig勾选相应的选项将dm9000的驱动编译进内核。

[*] Networking support ---> Networking options ---> <*>
Packet socket <*>Unix domain sockets [*] TCP/IP
networking [*] IP: kernel level autoconfiguration
Device Drivers ---> [*] Network device support
---> [*] Ethernet driver support (NEW) --->
<*> DM9000 supportFile systems
---> [*] Network File Systems (NEW) --->
<*> NFS client support [*] NFS client
support for NFS version 3 [*] NFS client
support for the NFSv3 ACL protocol extension
[*] Root file system on NFS

 

执行make uImage;make dtbs,tftp下载,成功加载nfs根文件系统并进入系统,表示网卡移植成功

详细语法参考:https://www.cnblogs.com/xiaojiang1025/p/6131381.html

4. 修改DTS试验

4.1 dts修改

修改设备树文件

arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dts,添加一个我们自己的模块dts_tree1:

修改完成后执行make dtbs 重新编译设备树文件,编译完成后arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dtb,将其下载到芯片中。

或者用qemu运行的时候,修改参考指向这个新的dtb文件。

查看设备树节点进入内核,执行

ls /proc/device-tree/

 

我们会发现刚刚创建的设备树节已经存在了

跟我们在dts里面修改的一样,这里变成了一个个的文件形式。文件的名字是属性的名字,内容是值。

具体看看节点的内容,执行

4.2 内核中添加驱动模块

参考:Linux驱动实践:带你一步一步编译内核驱动程序 - IOT物联网小镇 - 博客园

在/drivers文件夹下创建dts_test文件夹,然后创建Kconfig文件


Bash
config DTS_TEST
tristate "dts test"
default y
help
This is the dts test

创建Makefile文件

JavaScript

obj-$(CONFIG_DTS_TEST) += dts_test.o

在drivers文件夹下的Kconfig和Makefile文件中分别添加


C
source "drivers/dts_test/Kconfig"
obj-$(CONFIG_DTS_TEST) += dts_test/

 

创建dts_test.c文件

C++
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_gpio.h>

#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/gpio_keys.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/property.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/device.h>

#define DRIVER_NAME "imx6ul,dts-tree"


static int devtree_probe(struct platform_device * pdev)
{
struct fwnode_handle *child;
const char *p1,*p2[3];
u32 p3[2],value;
u8 testmac[6];
int i=0;

printk(KERN_INFO "\n**********devtree_probe******************\n");

device_property_read_string(&pdev->dev,"test-string",&p1);
printk("devtree_probe node test-string is: %s\n",p1);

device_property_read_string_array(&pdev->dev, "test-strings", p2, 3);
printk("devtree_probe node test-strings is: %s%s%s\n",p2[0],p2[1],p2[2]);

device_property_read_u32(&pdev->dev,"test-u32",&value);
printk("devtree_probe node test-u32 is: <%d>\n",value);

device_property_read_u32_array(&pdev->dev, "test-u32s", p3, 2);
printk("devtree_probe node test-u32s is: <%d>,<%d>\n",p3[0],p3[1]);

device_property_read_string(&pdev->dev,"compatible",&p1);
printk("devtree_probe node compatible is: %s\n",p1);

device_property_read_string(&pdev->dev,"status",&p1);
printk("devtree_probe node status is: %s\n",p1);

printk(" \n * devtree_probe child node \n");

device_for_each_child_node(&pdev->dev, child){

printk("*************childnode%d*************\n",i++);
fwnode_property_read_string(child,"test-string",&p1);
printk("childnode test-string is: %s\n",p1);

fwnode_property_read_string_array(child,"test-strings",p2,3);
printk("childnode test-strings is: %s%s%s\n",p2[0],p2[1],p2[2]);

fwnode_property_read_u32_array(child,"test-u32",&value,1);
printk("childnode test-u32 is: <%d>\n",value);

fwnode_property_read_u32_array(child,"test-u32s",p3,2);
printk("childnode test-u32s is: <%d>,<%d>\n",p3[0],p3[1]);

fwnode_property_read_u8_array(child,"test-u8s",testmac,6);
printk("childnode test-u32s is: [%x,%x,%x,%x,%x,%x]\n",testmac[0],testmac[1],testmac[2],testmac[3],testmac[4],testmac[5]);

}

return 0;
}
static int devtree_remove(struct platform_device * pdev)
{
printk(KERN_INFO "devtree_remove\n");

return 0;
}

static const struct of_device_id of_devtree_dt_match[] = {
{.compatible = DRIVER_NAME},
{},
};

MODULE_DEVICE_TABLE(of,of_devtree_dt_match);

static struct platform_driver devtree_test_driver = {
.probe = devtree_probe,
.remove = devtree_remove,
.driver = {
.name = DRIVER_NAME,
.owner = THIS_MODULE,
.of_match_table = of_devtree_dt_match,
},
};


static int devtree_test_init(void)
{
int num=0,i=0,value;
const char *p1;
struct device_node *node1,*childnode1;
u32 p2[2];
u8 testmac[6];

pr_warn(KERN_INFO "^^^^^^^^^^^^^^^^^^^devtree_test_init^^^^^^^^^^^ \n");
printk(KERN_INFO "^^^^^^^^^^^^^^^^^^^devtree_test_init^^^^^^^^^^^ \n");
printk("\n*************devtree init start ***************\n");

node1 = of_find_node_by_path("/dts-tree1");
if(node1 == NULL){
printk("of_find_node_by_path failed\n");
return -ENODEV;
}
else{
printk("of_find_node_by_path dts-tree1 ok\n");
}
//read string
of_property_read_string(node1, "test-string", &p1);
printk("dts-tree1 node :test-string is: %s\n",p1);
//read strings
num = of_property_count_strings(node1, "test-strings");
printk("dts-tree1 node test-strings num is: %d\n",num);
for(i=0;i<num;i++){
of_property_read_string_index(node1,"test-strings",i,&p1);
printk("%s",p1);
}
//read string "compatible"
of_property_read_string(node1, "compatible", &p1);
printk("dts-tree1 node compatible is: %s\n",p1);

//read string "status"
of_property_read_string(node1, "status", &p1);
printk("dts-tree1 node status is: %s\n",p1);

//read u32 "test-u32"
of_property_read_u32(node1,"test-u32",&value);
printk("dts-tree1 node test-u32 is: <%d>\n",value);

//read u32s test-u32s
of_property_read_u32_array(node1, "test-u32s", p2, 2);
printk("dts-tree1 node test-u32s is: <%d>,<%d>\n",p2[0],p2[1]);

//read u8s test-u8s
of_property_read_u8_array(node1, "test-u8s", testmac, 6);
printk("dts-tree1 node test-u8s is: <%x>,<%x>,<%x>,<%x>,<%x>,<%x>\n",testmac[0],testmac[1],testmac[2],testmac[3],testmac[4],testmac[5]);

//get "dts_child_node1" device node
childnode1 = of_get_child_by_name(node1,"dts_child_node1");
if(childnode1 == NULL){
printk("of_get_child_by_name failed\n");
return -ENODEV;
}
printk("of_get_child_by_name dts_child_node1 ok\n");
of_property_read_string(childnode1, "test-string", &p1);
printk("dts_child_node1 node test-string is: %s\n",p1);


return platform_driver_register(&devtree_test_driver);
}

static void devtree_test_exit(void)
{
printk(KERN_INFO "\ndevtree_test_exit\n");
platform_driver_unregister(&devtree_test_driver);
}

module_init(devtree_test_init);
module_exit(devtree_test_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zheng");

Kconfig中是y,这样系编译运行后,会直接看到打印:

4.3 常用OF API

linux 内核中和设备树相关的函数内核关于设备树的驱动都放在/drivers/of下,用户可以使用这里面的函数对设备树进行操作。

   
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