《设备树 — 基本语法（二）》

1.设备树

　　以上一节为例子，一个leddrv.c驱动可以对应board_A.c、board_B.c、board_C.c等一系列的单板。一旦修改了代码，就要重新编译加载。而且随着板卡的增多，这么.c文件也会越来越多。

　　因此，linux就开始引入设备树。设备树其实是一个配置文件，里面定义了硬件相关的资源。这样就取代了这些board_A.c、board_B.c、board_C.c这些用来描述硬件资源的文件。

2.设备树在开发板上的体现

ls /sys/firmware

　　

 　　devicetree目录下是以目录结构呈现dtb文件，根节点对应base目录，每一个节点对应一个目录，每一个属性对应一个文件。

　　

　　 

　　

　　这些属性的值如果是字符串，可以使用 cat 命令把它打印出来；对于数值，可以用hexdump 把它打印出来。 

　　

 　　uboot会在启动内核时把设备树在内存中的地址告诉内核。

3.设备树语法

DTS 文件布局：

/dts-v1/; // 表示版本
[memory reservations] // 格式为: /memreserve/ <address> <length>;
/ {
　　[property definitions]
　　[child nodes]
};

node 的格式：

　　设备树中的基本单元，被称为“node”，其格式为：

[label:] node-name[@unit-address] {
    [properties definitions]
    [child nodes]
};

 　　如果该node没有reg属性，那么该节点名字中必须不能包括@和unit-address。

　　unit-address的具体格式是和设备挂在哪个bus上相关。例如对于cpu，其unit-address就是从0开始编址，以此加一。而具体的设备，例如以太网控制器，其unit-address就是寄存器地址。@unit-address通常用区分名字相同的外设备。

　　按照惯例，如果一个node有一个reg属性，那么这个node-name必须包括unit-address,这是reg属性的第一个address值。

　　label 是标号，可以省略。label 的作用是为了方便地引用 node，比如：

/dts-v1/;
/ {
    uart0: uart@fe001000 {
        compatible="ns16550";
        reg=<0xfe001000 0x100>;
    };
};

　　可以使用下面 2 种方法来修改 uart@fe001000 这个 node：

// 在根节点之外使用 label 引用 node：
&uart0 {
    status = “disabled”;
};
或在根节点之外使用全路径：
&{/uart@fe001000} {
    status = “disabled”;
};

cpu addressing

在讨论寻址时，CPU节点代表了最简单的情况。 每个CPU都分配有一个唯一的ID，并且没有与CPU ID相关联的大小。

  cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            reg = <0>;
        };
        cpu@1 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            reg = <1>;
        };
    };

　　在cpus节点，#address-cells被设置成了1，#size-cells被设置成了0。这是说子reg值是单独的uint32，它用无大小字段表示地址。在此情况下，这两个cpu分配到的地址为0和1。Cpu节点的#size-cells是0因为每个cpu只分配到了一个单独的地址。
　　仍然需要注意reg值需要与节点名的值相匹配。按照惯例，如果一个节点有一个reg属性，那么这个节点名称必须包括unit-address,这是reg属性的第一个address值。

memory mapped devices　　

　　与在cpu节点中单独的address值不同，内存映射设备被分配了一系列将要响应的地址，因此不仅需要包含内存的基地址而且还需要映射地址的长度，因此需要使用#size-cells用来表示在每个子reg元组中长度字段的大小。在以下示例中，每个address值为1 cell(32 bits),每个长度值也是1 cell,这在32 bit系统是比较典型的。64 bit设备也许会为#address-cells和#size-cells使用数值2，在device tree中获取64 bit addressing。

/dts-v1/;

/ {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    ...
    serial@101f0000 {
        compatible = "arm,pl011";
        reg = <0x101f0000 0x1000 >;
    };

    serial@101f2000 {
        compatible = "arm,pl011";
        reg = <0x101f2000 0x1000 >;
    };

    gpio@101f3000 {
        compatible = "arm,pl061";
        reg = <0x101f3000 0x1000
               0x101f4000 0x0010>;
    };

    interrupt-controller@10140000 {
        compatible = "arm,pl190";
        reg = <0x10140000 0x1000 >;
    };

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

　　

non memory mapped devices

　　处理器总线的其它设备为非内存映射设备。他们有地址范围，但不能被CPU直接寻址。母设备的驱动程序将代替CPU进行间接访问。以i2c设备为例，每个设备都分配了一个地址，但没有长度或范围与之相匹配。这与CPU地址分配很相似。

 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>;
     };
 };

　　

ranges（address translations）

　　我们已经讨论过如何向设备分配地址，但此时这些地址只是本地设备节点，还没有说明如何从那些地址里映射到cpu可以使用的地址。根节点经常描述地址空间的CPU视图。根节点的子节点已经使用了CPU的address domain，所以不需要任何明确的映射。例如，serial@101f0000设备被直接分配了地址0x101f0000。
　　根节点的非直接子节点是无法使用CPU的address domain的。为了在deivce tree获取内存映射地址必须指定如何从一个域名将地址转换到另一个。Ranges属性就用于此目的。以下是添加了ranges属性的device tree示例。

/dts-v1/;
/ {
    compatible = "acme,coyotes-revenge";
    #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

        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>;
        };
    };
};

　　Ranges是一个地址转换列表。每个输入ranges表格的是包含子地址的元组，母地址和子地址空间的范围大小。每个字段的大小都由获取的子地址的#address-cells值，母地址的#address-cell值和子地址的#size-cells值而定。以外部总线为例，子地址是2 cells，母地址是1 cell,大小也为1 cell。转换三个ranges：

• Offset 0 from chip select 0 is mapped to address range 0x10100000…0x1010ffff
• Offset 0 from chip select 1 is mapped to address range 0x10160000…0x1016ffff
• Offset 0 from chip select 2 is mapped to address range 0x30000000…0x30ffffff

　　例如上面的总线是有片选的，就需要描述片选及片选的偏移量，在说明地址时，还需要说明地址映射范围。

4.中断映射

　　与遵循树的自然结构而进行的地址转换不同，机器上的任何设备都可以发起和终止中断信号。另外地址的编址也不同于中断信号，前者是设备树的自然表示，而后者者表现为独立于设备树结构的节点之间的链接。 下图显示了设备的自然结构以及每个节点在逻辑中断树中的位置。

　　

 上图包括以下部分：

• open-pic中断控制器是中断树的根
• 中断树根有三个子设备，它们将中断直接路由到open-pic
  • device1
  • PCI host controller
  • GPIO Controller
• 存在三个中断域; 一个以开放式pic节点为根，一个在PCI主桥节点，一个在GPIO Controller节点上
• 有两个nexus节点; 一个位于PCI主桥，一个位于GPIO控制器。

 下面显示了具有PCI总线控制器和采样中断的设备片段

soc {
	compatible = "simple-bus";
	#address-cells = <1>;
	#size-cells = <1>;
	open-pic {
		clock-frequency = <0>;
		interrupt-controller;
		#address-cells = <0>;
		#interrupt-cells = <2>;
	};
	pci {
		#interrupt-cells = <1>;
		#size-cells = <2>;
		#address-cells = <3>;
		interrupt-map-mask = <0xf800 0 0 7>;
		interrupt-map = <
		/ * IDSEL 0x11 - PCI slot 1* /
		0x8800 0 0 1 &open-pic 2 1 / * INTA* /
		0x8800 0 0 2 &open-pic 3 1 / * INTB* /
		0x8800 0 0 3 &open-pic 4 1 / * INTC* /
		0x8800 0 0 4 &open-pic 1 1 / * INTD* /
		/ * IDSEL 0x12 - PCI slot 2* /
		0x9000 0 0 1 &open-pic 3 1 / * INTA* /
		0x9000 0 0 2 &open-pic 4 1 / * INTB* /
		0x9000 0 0 3 &open-pic 1 1 / * INTC* /
		0x9000 0 0 4 &open-pic 2 1 / * INTD* /
	>;
	};
};

　　

5.dtsi文件

　　设备树文件不需要我们从零写出来，内核支持了某款芯片比如 imx6ull，在内核的arch/arm/boot/dts目录下就有了能用的设备树模板，一般命名为xxxx.dtsi。“i”表示“include”，被别的文件引用的。
　　
　　我们使用某款芯片制作出了自己的单板，所用资源跟 xxxx.dtsi 是大部分相同，小部分不同，所以需要引脚 xxxx.dtsi 并修改。
　　dtsi 文件跟 dts 文件的语法是完全一样的。

　　dts 中可以包含.h 头文件，也可以包含 dtsi 文件，在.h 头文件中可以定义一些宏。

/dts-v1/;
#include <dt-bindings/input/input.h>
#include "imx6ull.dtsi"
/ {
……
};

6.常用的属性

#address-cells、#size-cells

　　cell 指一个 32 位的数值：

　　address-cells：address 要用多少个 32 位数来表示；

　　size-cells：size 要用多少个 32 位数来表示大小。

　　比如一段内存，怎么描述它的起始地址和大小？

　　下例中，address-cells 为 1，所以 reg 中用 1 个数来表示地址，即用 0x80000000 来表示地址；size-cells 为 1，所以 reg 中用 1 个数来表示大小，即用 0x20000000 表示大小：

/ {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    memory {
        reg = <0x80000000 0x20000000>;
    };
};    

compatible

　　“compatible”表示“兼容”，对于某个 LED，内核中可能有 A、B、C 三个驱动都支持它，那可以这样写：

led {
    compatible = “A”, “B”, “C”;
};

　　内核启动时，就会为这个 LED 按这样的优先顺序为它找到驱动程序：A、B、C。

　　根节点下也有 compatible 属性，用来选择哪一个“machine desc”：一个内核可以支持machine A，也支持 machine B，内核启动后会根据根节点的 compatible 属性找到对应的machine desc 结构体，执行其中的初始化函数。

　　compatible 的值，建议取这样的形式："manufacturer,model"，即“厂家名,模块名”。

model

　　model 属性与 compatible 属性有些类似，但是有差别。
　　compatible 属性是一个字符串列表，表示可以你的硬件兼容 A、B、C 等驱动；
　　model 用来准确地定义这个硬件是什么。

　　比如根节点中可以这样写：

/ {
    compatible = "samsung,smdk2440", "samsung,mini2440";
    model = "jz2440_v3";
};

　　它表示这个单板，可以兼容内核中的“smdk2440”，也兼容“mini2440”。

　　从 compatible 属性中可以知道它兼容哪些板，但是它到底是什么板？用 model 属性来明确。

status

　　dtsi 文件中定义了很多设备，但是在你的板子上某些设备是没有的。这时你可以给这个设备节点添加一个 status 属性，设置为“disabled”：

&uart1 {
    status = "disabled";
};

reg

　　reg 的本意是 register，用来表示寄存器地址。

　　但是在设备树里，它可以用来描述一段空间。反正对于 ARM 系统，寄存器和内存是统一编址的，即访问寄存器时用某块地址，访问内存时用某块地址，在访问方法上没有区别。

　　reg 属性的值，是一系列的“address size”，用多少个 32 位的数来表示 address 和 size，由其父节点的#address-cells、#size-cells 决定。

name(过时了，建议不用)

　　它的值是字符串，用来表示节点的名字。在跟 platform_driver 匹配时，优先级最低。

　　compatible 属性在匹配过程中，优先级最高。

device_type(过时了，建议不用)

　　它的值是字符串，用来表示节点的类型。在跟 platform_driver 匹配时，优先级为中。
　　compatible 属性在匹配过程中，优先级最高。

   memory@30000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x30000000 0x20000000>;
    }; 

　　device_type属性定义了该node的设备类型，例如cpu、serial等。对于memory node，其device_type必须等于memory。

根节点

　　dts 文件中必须有一个根节点：

/dts-v1/;
/ {
    model = "SMDK24440";
    compatible = "samsung,smdk2440";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
};

　　根节点中必须有这些属性：

#address-cells // 在它的子节点的 reg 属性中, 使用多少个 u32 整数来描述地址(address)
#size-cells // 在它的子节点的 reg 属性中, 使用多少个 u32 整数来描述大小(size)
compatible // 定义一系列的字符串, 用来指定内核中哪个machine_desc可以支持本设备
    // 即这个板子兼容哪些平台
    // uImage : smdk2410 smdk2440 mini2440 ==> machine_desc
model // 咱这个板子是什么
    // 比如有 2 款板子配置基本一致, 它们的 compatible 是一样的
    // 那么就通过 model 来分辨这 2 款板子

CPU 节点

　　一般不需要我们设置，在 dtsi 文件中都定义好了：

cpus {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    cpu0: cpu@0 {
        .......
    }
};    

 　　多核的通常会设置cpu的频率。

cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
 
        cpu0: cpu@0 {
            device_type = "cpu";
            compatible = "arm,cortex-a15";
            reg = <0x0>;
            clock-frequency = <1600000000>;
        };  
 
        cpu1: cpu@1 {
            device_type = "cpu";
            compatible = "arm,cortex-a15";
            reg = <0x1>;
            clock-frequency = <1600000000>;
        };  
 
        cpu2: cpu@2 {
            device_type = "cpu";
            compatible = "arm,cortex-a15";
            reg = <0x2>;
            clock-frequency = <1600000000>;
        };  
 
        cpu3: cpu@3 {
            device_type = "cpu";
            compatible = "arm,cortex-a15";
            reg = <0x3>;
            clock-frequency = <1600000000>;
        };
    };

　　

memory 节点

　　芯片厂家不可能事先确定你的板子使用多大的内存，所以 memory 节点需要板厂设置，比如：

memory {
    reg = <0x80000000 0x20000000>;
};

chosen 节点

　　我们可以通过设备树文件给内核传入一些参数，这要在 chosen 节点中设置 bootargs 属性

chosen {
    bootargs = "noinitrd root=/dev/mtdblock4 rw init=/linuxrc console=ttySAC0,115200";    
};

6.编译、更换设备树

6.1在内核中直接make

　　设置 ARCH、CROSS_COMPILE、PATH 这三个环境变量后，进入 ubuntu 上板子内核源码的目录，执行如下命令即可编译 dtb 文件：

make dtbs V=1

　　编译成功会在arch/arm/boot/dts/目录下有相关单板的dtb文件。

　　然后在板子启动后相对应位置替换一下dtb文件就可以了。

单独编译：

make dtbs CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi-

反编译：

dtc -I dtb -O dts -o tmp.dts s5pv210-x210.dtb 

　　

　　

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