（DT系列三）系统启动时, dts 是怎么被加载的

一，主要问题:
系统在启动的时候，是怎么加载 dts的；
Lk，kernel中都应调查。


二：参考文字
dts加载流程如下图所示：




启动过程中，bootloader(默认是bootable/bootloader/lk)会根据机器硬件信息选择合适的devicetree装入内存，把地址等相关信息传给kernel。kernel中，会根据传入的信息创建设备。
1，先从little kernel开始：
1.1 总体来说
Lk/arch/arm/crt0.S文件中语句：bl kmain
调用的是lk/kernel/main.c文件中的函数：kmain()


kmain()
  |bootstrap2()
     |arch_init()
     |platform_init()
     |target_init()
     |apps_init()//call init() of APPs defined using APP_START macro
        |aboot_init()
           |boot_linux_from_mmc()
              |//1，Device tree的第一种方法
                 |dev_tree_get_entry_info()
                    |__dev_tree_get_entry_info()
                 |memmove();
              |//2，Device tree的第二种方法
                 |dev_tree_appended()
              |boot_linux()
                 |update_device_tree()
                 |entry(0, machtype, tags_phys);//pass control to kernel
1.2 详细介绍
Aboot.c (bootableootloaderlkappaboot)


APP_START(aboot)
.init = aboot_init,
APP_END
在下面aboot_init() ---> boot_linux_from_mmc()中，调用dev_tree_get_entry_info()，里面会根据硬件(chipset和platform的id，系统实际跑时的信息在系统boot的更早阶段由N侧设置并传来，而DT中的信息由根节点的"qcom,msm-id"属性定义)来选择合适的DT，后面会把该DT装入内存，把地址等信息传给kernel(通过CPU寄存器)。
void boot_linux(void *kernel, unsigned *tags,
const char *cmdline, unsigned machtype,
void *ramdisk, unsigned ramdisk_size)
{
#if DEVICE_TREE


//更新Device Tree
ret = update_device_tree((void *)tags, final_cmdline, ramdisk, ramdisk_size);
}


/* Top level function that updates the device tree. */
int update_device_tree(void *fdt, const char *cmdline,
  void *ramdisk, uint32_t ramdisk_size)
{
int ret = 0;
uint32_t offset;


/* Check the device tree header */
//核查其magic数是否正确：version和size
ret = fdt_check_header(fdt);




/* Add padding to make space for new nodes and properties. */
//Move or resize dtb buffer
ret = fdt_open_into(fdt, fdt, fdt_totalsize(fdt) + DTB_PAD_SIZE);


/* Get offset of the memory node */
ret = fdt_path_offset(fdt, "/memory");


offset = ret;


ret = target_dev_tree_mem(fdt, offset);


/* Get offset of the chosen node */
ret = fdt_path_offset(fdt, "/chosen");


offset = ret;
/* Adding the cmdline to the chosen node */
ret = fdt_setprop_string(fdt, offset, (const char*)"bootargs", (const void*)cmdline);


/* Adding the initrd-start to the chosen node */
ret = fdt_setprop_u32(fdt, offset, "linux,initrd-start", (uint32_t)ramdisk);
if (ret)


/* Adding the initrd-end to the chosen node */
ret = fdt_setprop_u32(fdt, offset, "linux,initrd-end", ((uint32_t)ramdisk + ramdisk_size));


fdt_pack(fdt);


return ret;
}


2，Kernel中的处理


主要的数据流包括： 
(1)初始化流程，即扫描dtb并将其转换成Device Tree Structure。 
(2)传递运行时参数传递以及platform的识别 
(3)将Device Tree Structure并入linux kernel的设备驱动模型。 


1，汇编部分的代码分析 
linux/arch/arm/kernel/head.S文件定义了bootloader和kernel的参数传递要求：


MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0, r1 = machine nr, r2 = atags or dtb pointer. 


目前的kernel支持旧的tag list的方式，同时也支持device tree的方式。r2可能是device tree binary file的指针（bootloader要传递给内核之前要copy到memory中），也可以是tag list的指针。在ARM的汇编部分的启动代码中（主要是head.S和head-common.S），machine type ID和指向DTB或者atags的指针被保存在变量__machine_arch_type和__atags_pointer中，这么做是为了后续C代码进行处理。
start_kernel()
  |setup_arch()
     |setup_machine_fdt()//select machine description according to DT info
2，获得machine描述符
//根据Device Tree的信息，找到最适合的machine描述符。
struct machine_desc * __init setup_machine_fdt(unsigned int dt_phys)
{
/* 扫描 /chosen node，保存运行时参数（bootargs）到boot_command_line，此外，还处理initrd相关的property，并保存在initrd_start和initrd_end这两个全局变量中 */
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_chosen, boot_command_line);
/* 扫描根节点，获取 {size,address}-cells信息，并保存在dt_root_size_cells和dt_root_addr_cells全局变量中 */
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_root, NULL);
/* 扫描DTB中的memory node，并把相关信息保存在meminfo中，全局变量meminfo保存了系统内存相关的信息。*/
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_memory, NULL);


/* Change machine number to match the mdesc we're using */
__machine_arch_type = mdesc_best->nr;


return mdesc_best;
}
运行时参数是在扫描DTB的chosen node时候完成的，具体的动作就是获取chosen node的bootargs、initrd等属性的value，并将其保存在全局变量（boot_command_line，initrd_start、initrd_end）中。


3，将DTB转换成device node的结构的节点
在系统初始化的过程中，我们需要将DTB转换成节点是device_node的树状结构，以便后续方便操作。具体的代码位于setup_arch->unflatten_device_tree中。
void __init unflatten_device_tree(void)
{
__unflatten_device_tree(initial_boot_params, &allnodes,
early_init_dt_alloc_memory_arch);


/* Get pointer to "/chosen" and "/aliasas" nodes for use everywhere */
of_alias_scan(early_init_dt_alloc_memory_arch);
}
unflatten_device_tree函数的主要功能就是扫描DTB，将device node被组织成：
（1）global list。全局变量struct device_node *of_allnodes就是指向设备树的global list
（2）tree。
static void __unflatten_device_tree(struct boot_param_header *blob,
    struct device_node **mynodes,
    void * (*dt_alloc)(u64 size, u64 align))
{
  //此处删除了health check代码，例如检查DTB header的magic，确认blob的确指向一个DTB。
  /* scan过程分成两轮，第一轮主要是确定device-tree structure的长度，保存在size变量中 */
start = ((unsigned long)blob) +
be32_to_cpu(blob->off_dt_struct);
size = unflatten_dt_node(blob, 0, &start, NULL, NULL, 0);
size = (size | 3) + 1;


/* 初始化的时候，并不是扫描到一个node或者property就分配相应的内存，实际上内核是一次性的分配了一大片内存，这些内存包括了所有的struct device_node、node name、struct property所需要的内存。*/
mem = (unsigned long)
dt_alloc(size + 4, __alignof__(struct device_node));
((__be32 *)mem)[size / 4] = cpu_to_be32(0xdeadbeef);


/* 这是第二轮的scan，第一次scan是为了得到保存所有node和property所需要的内存size，第二次就是实打实的要构建device node tree了 */
start = ((unsigned long)blob) +
be32_to_cpu(blob->off_dt_struct);
unflatten_dt_node(blob, mem, &start, NULL, &allnextp, 0);
//此处略去校验溢出和校验OF_DT_END。
}
4，并入linux kernel的设备驱动模型
在linux kernel引入统一设备模型之后，bus、driver和device形成了设备模型中的铁三角。在驱动初始化的时候会将代表该driver的一个数据结构（一般是xxx_driver）挂入bus上的driver链表。device挂入链表分成两种情况，一种是即插即用类型的bus，在插入一个设备后，总线可以检测到这个行为并动态分配一个device数据结构（一般是xxx_device，例如usb_device），之后，将该数据结构挂入bus上的device链表。bus上挂满了driver和device，那么如何让device遇到“对”的那个driver呢？就是bus的match函数。
系统应该会根据Device tree来动态的增加系统中的platform_device(这个过程并非只发生在platform bus上，也可能发生在其他的非即插即用的bus上，例如AMBA总线、PCI总线)。 如果要并入linux kernel的设备驱动模型，那么就需要根据device_node的树状结构（root是of_allnodes）将一个个的device node挂入到相应的总线device链表中。只要做到这一点，总线机制就会安排device和driver的约会。当然，也不是所有的device node都会挂入bus上的设备链表，比如cpus node，memory node，choose node等。
4.1 没有挂入bus的device node
(1) cpus node的处理
暂无，只有choose node的相关处理。
(2) memory的处理
int __init early_init_dt_scan_memory(unsigned long node, const char *uname,
    int depth, void *data)
{
char *type = of_get_flat_dt_prop(node, "device_type", NULL);
/*在初始化的时候，我们会对每一个device node都要调用该call back函数，因此，我们要过滤掉那些和memory block定义无关的node。和memory block定义有的节点有两种，一种是node name是memory@形态的，另外一种是node中定义了device_type属性并且其值是memory。*/
if (type == NULL) {
if (depth != 1 || strcmp(uname, "memory@0") != 0)
return 0;
} else if (strcmp(type, "memory") != 0)
return 0;
/*获取memory的起始地址和length的信息。有两种属性和该信息有关，一个是linux,usable-memory，不过最新的方式还是使用reg属性。*/
reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory", &l);
if (reg == NULL)
reg = of_get_flat_dt_prop(node, "reg", &l);
if (reg == NULL)
return 0;
endp = reg + (l / sizeof(__be32));
/*reg属性的值是address，size数组，那么如何来取出一个个的address/size呢？由于memory node一定是root node的child，因此dt_root_addr_cells（root node的#address-cells属性值）和dt_root_size_cells（root node的#size-cells属性值）之和就是address，size数组的entry size。*/
while ((endp - reg) >= (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)) {
u64 base, size;
base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
if (size == 0)
continue;
//将具体的memory block信息加入到内核中。
early_init_dt_add_memory_arch(base, size);
}
return 0;
}
(3) interrupt controller的处理
初始化是通过start_kernel->init_IRQ->machine_desc->init_irq()实现的。我们用Qualcomm MSM 8974为例来描述interrupt controller的处理过程。下面是machine描述符的定义：/arch/arm/mach-msm/board-8974.c
DT_MACHINE_START(MSM8974_DT, "Qualcomm MSM 8974 (Flattened Device Tree)")
.init_irq = msm_dt_init_irq,
.dt_compat = msm8974_dt_match,
...
MACHINE_END
源码文件：/arch/arm/mach-msm/board-dt.c
void __init msm_dt_init_irq(void)
{
struct device_node *node;


of_irq_init(irq_match);
node = of_find_matching_node(NULL, mpm_match);
}
of_irq_init函数：遍历Device Tree，找到匹配的irqchip。具体的代码如下：
void __init of_irq_init(const struct of_device_id *matches)
{
/*遍历所有的node，寻找定义了interrupt-controller属性的node，如果定义了interrupt-controller属性则说明该node就是一个中断控制器。*/
for_each_matching_node(np, matches) {
if (!of_find_property(np, "interrupt-controller", NULL))
continue;
/*分配内存并挂入链表，当然还有根据interrupt-parent建立controller之间的父子关系。对于interrupt controller，它也可能是一个树状的结构。*/
desc = kzalloc(sizeof(*desc), GFP_KERNEL);


desc->dev = np;
desc->interrupt_parent = of_irq_find_parent(np);
if (desc->interrupt_parent == np)
desc->interrupt_parent = NULL;
list_add_tail(&desc->list, &intc_desc_list);
}


/*正因为interrupt controller被组织成树状的结构，因此初始化的顺序就需要控制，应该从根节点开始，依次递进到下一个level的interrupt controller。 */
while (!list_empty(&intc_desc_list)) {
/*intc_desc_list链表中的节点会被一个个的处理，每处理完一个节点就会将该节点删除，当所有的节点被删除，整个处理过程也就是结束了。*/
list_for_each_entry_safe(desc, temp_desc, &intc_desc_list, list) {
const struct of_device_id *match;
int ret;
of_irq_init_cb_t irq_init_cb;
/*最开始的时候parent变量是NULL，确保第一个被处理的是root interrupt controller。在处理完root node之后，parent变量被设定为root interrupt controller，因此，第二个循环中处理的是所有parent是root interrupt controller的child interrupt controller。也就是level 1（如果root是level 0的话）的节点。*/
if (desc->interrupt_parent != parent)
continue;


list_del(&desc->list);//从链表中删除
match = of_match_node(matches, desc->dev);//匹配并初始化
//match->data是初始化函数
if (WARN(!match->data,
   "of_irq_init: no init function for %s ",
   match->compatible)) {
kfree(desc);
continue;
}
irq_init_cb = match->data;//执行初始化函数
ret = irq_init_cb(desc->dev, desc->interrupt_parent);
/*处理完的节点放入intc_parent_list链表，后面会用到*/
list_add_tail(&desc->list, &intc_parent_list);
}


/* 对于level 0，只有一个root interrupt controller，对于level 1，可能有若干个interrupt controller，因此要遍历这些parent interrupt controller，以便处理下一个level的child node。 */
desc = list_first_entry(&intc_parent_list, typeof(*desc), list);
list_del(&desc->list);
parent = desc->dev;
kfree(desc);
}
}
只有该node中有interrupt-controller这个属性定义，那么linux kernel就会分配一个interrupt controller的描述符（struct intc_desc）并挂入队列。通过interrupt-parent属性，可以确定各个interrupt controller的层次关系。在scan了所有的Device Tree中的interrupt controller的定义之后，系统开始匹配过程。一旦匹配到了interrupt chip列表中的项次后，就会调用相应的初始化函数。