1.1 Linux设备树介绍2 - Vak

1.Device Tree
1.内核不包含对硬件的描述，它以二进制的形式单独存储在另外的位置：the device tree blob。
2.bootloader需要加载两个二进制文件：内核镜像和DTB内核镜像仍然是uImage或者zImage，DTB文件在arch/arm/boot/dts中，每一个board对应一个dts文件；
3.bootloader通过r2寄存器来传递DTB地址，通过修改DTB可以修改内存信息，kernel command line，以及潜在的其它信息；
4.不再有machine type；
5.U-Boot的内核启动命令：bootm <kernel img addr> - <dtb addr>
2.设备树原理
1.首先要了解硬件配置和系统运行参数，并把这些信息组织成Device Tree source file。
2.通过DTC（Device Tree Compiler），可以将这些适合人类阅读的Device Tree source file变成适合机器处理的Device Tree binary file（也叫DTB，device tree blob）。
3.在系统启动的时候，boot program（例如：firmware、bootloader）可以将保存在flash中的DTB copy到内存（或通过bootloader的交互式命令加载DTB，或者firmware可以探测到device的信息，组织成DTB保存在内存中），
并把DTB的起始地址传递给client program（例如OS kernel，bootloader或者其他特殊功能的程序）。对于计算机系统（computer system），一般是firmware->bootloader->OS，对于嵌入式系统，一般是bootloader->OS。
4.本质上，Device Tree改变了原来用hardcode方式将HW 配置信息嵌入到内核代码的方法，改用bootloader传递一个DB的形式。
2.1设备树的特性
1.每个设备树文件都有一个根节点，每个设备都是一个节点。
2.节点由节点名 + 属性组成。
3.节点间可以嵌套，形成父子关系，这样就可以方便的描述设备间的关系。
4.每个设备的属性都用一组key-value对(键值对)来描述。
5.每个属性的描述用;结束
3.DTS语法结构
1.DTS的一些属性(设备树源文件中有几个基本的数据表示形式)
空属性：empty-property
字符串属性：string-property
文本字符串（无结束符）可以用双引号表示： string-property = "a string"
字符串列表属性：string-list-property
逗号也可用于创建字符串列表： string-list = "red fish", "blue fish";
Cells(u32整型)属性：cell-property
Cells是 32 位无符号整数，用尖括号限定： cell-property = <0xbeef 123 0xabcd1234>
二进制属性：binary-property
二进制数据用方括号限定： binary-property = [01 23 45 67];

不同表示形式的数据可以使用逗号连在一起： mixed-property = "a string", [01 23 45 67], <0x12345678>;
2.DTC (Compiler 编译工具)
DTC为编译工具，dtc编译器可以把dts文件编译成为dtb，也可把dtb编译成为dts文件。在linux下，make dtbs ，这里的s代表复数可单独编译dtb。
DTC编译.dts生成的二进制文件（.dtb），bootloader在引导内核时，会预先读取.dtb到内存，进而由内核解析。
(1) dts编译生成dtb
./scripts/dtc/dtc -I dts -O dtb -o B_dtb.dtb A_dts.dts # 把A_dts.dts编译生成B_dtb.dtb
(2) dtb编译生成dts（反汇编dtb）
./scripts/dtc/dtc -I dtb -O dts -o A_dts.dts A_dtb.dtb # 把A_dtb.dtb反编译生成为A_dts.dts
4.设备树基本框架
/表示板子，它的子节点node1表示SoC上的某个控制器，控制器中的子节点node2表示挂接在这个控制器上的设备(们)。

/ {                                 //根节点
    node1{                          //node1是节点名，是/的子节点
        key=value;                  //node1的属性
        ...
        node2{                      //node2是node1的子节点
            key=value;              //node2的属性
            ...
        }
    }                               //node1的描述到此为止
    node3{
        key=value;
        ...
    }
}

5.使用引用的好处：
编译设备树的时候，相同的节点的不同属性信息都会被合并，相同节点的相同的属性会被重写（覆盖前值），使用引用可以避免移植者四处找节点，直接在板级.dts增改即可。

/include/ "imx53.dtsi"

/ {
        model = "Freescale i.MX53 Automotive Reference Design Board";
        compatible = "fsl,imx53-ard", "fsl,imx53";

        memory {
                reg = <0x70000000 0x40000000>;
        };

        eim-cs1@f4000000 {
                #address-cells = <1>;
                #size-cells = <1>;
                compatible = "fsl,eim-bus", "simple-bus";
                reg = <0xf4000000 0x3ff0000>;

                lan9220@f4000000 {
                        compatible = "smsc,lan9220", "smsc,lan9115";
                        reg = <0xf4000000 0x2000000>;
                        phy-mode = "mii";
                        interrupt-parent = <&gpio2>; // 直接使用引用

                        vdd33a-supply = <&reg_3p3v>;
                };
        };

        regulators {
                compatible = "simple-bus";

                reg_3p3v: 3p3v {                     // 定义一个引用
                        compatible = "regulator-fixed";
                        regulator-name = "3P3V";
                };
        };

        ...
        // 引用一个节点，新增/修改其属性。
        &reg_3p3v {
            regulator-always-on;
        }

6.compatible案例介绍
随便在设备树中出一个网卡设备，找到 compatible 属性中的 <model>值。

// 文件节选于：arch/arm/boot/dts/vexpress-v2m-rs1.dtsi
ethernet@2,02000000 {
    compatible = "smsc,lan9118", "smsc,lan9115";
    reg = <2 0x02000000 0x10000>;
    interrupts = <15>;
    phy-mode = "mii";
    reg-io-width = <4>;
    smsc,irq-active-high;
    smsc,irq-push-pull;
    vdd33a-supply = <&v2m_fixed_3v3>;
    vddvario-supply = <&v2m_fixed_3v3>;
};

在驱动中（为了方便读者理解，这里在内核源码根目录下查找，实际上就是在driver目录中），找到对应的.compatible关键字所在的文件以及行数。

$ find . 2>/dev/null | grep lan9115
arch/arm/boot/dts/vexpress-v2m-rs1.dtsi:50:     compatible = "smsc,lan9118", "smsc,lan9115";
arch/arm/boot/dts/vexpress-v2m.dtsi:49:         compatible = "smsc,lan9118", "smsc,lan9115";
drivers/net/ethernet/smsc/smsc911x.c:2578:      { .compatible = "smsc,lan9115", },

顺藤摸瓜，找到所在行，也就找到了用来描述设备信息的结构体of_device_id。

// 节选于 drivers/net/ethernet/smsc/smsc911x.c
#ifdef CONFIG_OF
static const struct of_device_id smsc911x_dt_ids[] = {
    { .compatible = "smsc,lan9115", },
    { /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, smsc911x_dt_ids);
#endif

可以看出，驱动中用于匹配的结构使用的compatible和设备树中一模一样，且，字符串需要严格匹配。

7.address案例介绍

	aips-bus@02000000 { /* AIPS1 */
	    compatible = "fsl,aips-bus", "simple-bus";
	    #address-cells = <1>;
	    #size-cells = <1>;
	    reg = <0x02000000 0x100000>;

	    i2c1: i2c@021a0000 {
	        #address-cells = <1>;
	        #size-cells = <0>;
	        compatible = "fsl,imx6q-i2c", "fsl,imx21-i2c";
	        reg = <0x021a0000 0x4000>;

			rtc: rtc@68 {
			    compatible = "stm,mt41t62";
			    reg = <0x68>;
			};
	    };
	};

aips-bus@02000000 是 i2c@021a0000 的父节点；i2c@021a0000 是 rtc@68 的父节点。
aips-bus@02000000的 #address-cells 和#size-cells均为1，所以 i2c@021a0000 中的 `reg` 格式为： `<address length>`
i2c@021a0000的 #address-cells 和#size-cells分别为1和0，所以 rtc@68 中的 `reg` 格式为： `<address>`
通俗来讲，如果现在有一个节点A的 #address-cells 和#size-cells分别为2和1；那么A的子节点B 的 `reg`格式为 `<address address length>`
8.interrupts中断属性案例介绍
中断产生设备用interrupts属性描述中断源(interrupt specifier)，因为不同的硬件描述中断源需要的数据量不同，所以interrupts属性的类型也是。
为了明确表示一个中断由几个u32表示，又引入了#interrupt-cells属性，#interrupt-cells属性的类型是u32，假如一个中断源需要2个u32表示(一个表示中断号，另一个表示中断类型)，那么#interrupt-cells就设置成2。

有些情况下，设备树的父节点不是中断的父节点(主要是中断控制器一般不是父节点)，为此引入了interrupt-parent属性，该属性的类型是，
用来引用中断父节点(我们前边说过，一般用父节点的标签，这个地方说中断父节点而不是中断控制器是有原因的)。
如果设备树的父节点就是中断父节点，那么可以不用设置interrupt-parent属性。interrupts属性和interrupt-parent属性都是中断产生设备节点的属性，
但是#interrupt-cells属性不是,#interrupt-cells属性是中断控制器节点以及interrupt nexus节点的属性，这两类节点都可能是中断父节点。

一个计算机系统中大量设备都是通过中断请求CPU服务的，所以设备节点中就需要在指定中断号。常用的属性有：
interrupt-controller：一个空属性用来声明这个node接收中断信号，即这个node是一个中断控制器。
#interrupt-cells ：是中断控制器节点的属性，用来标识这个控制器需要几个单位做中断描述符，,用来描述子节点中interrupts属性使用了父节点中的interrupts属性的具体的哪个值。
一般，如果父节点的该属性的值是3，则子节点的interrupts一个cell的三个32bits整数值分别为:<中断域中断触发方式>,如果父节点的该属性是2，则是<中断触发方式>
interrupt-parent：标识此设备节点属于哪一个中断控制器，如果没有设置这个属性，会自动依附父节点的
interrupts：一个中断标识符列表，表示每一个中断输出信号。
interrupts 属性，在ARM GIC(Generic Interrupt Controller)中，ARM GIC 说明文档位于：Documentation/devicetree/bindings/arm/gic.txt。
当interrupt-cells为3时，interrupts包含三个cells，如interrupts = <0 168 4>
第一个cell代表中断类型：0 表示SPI中断，1 表示PPI中断。
第二个cell代表具体的中断类型：
PPI中断：私有外设中断(Private Peripheral Interrupt)，是每个CPU私有的中断。最多支持16个PPI中断，范围【0 - 15】。
SPI中断类型：公用外设中断(Shared Peripheral Interrupt)，最多可以支持988个外设中断，范围【0 - 987】
第三个cell代表中断触发标志：
bits [ 3 ：0 ] 触发类型和级别标志：1 = 低- 至- 高边沿触发，2 = 高- 到- 低边沿触发，4 = 活跃的高水平 - 敏感，8 = 低电平有效 - 敏感
bits [ 15 ：8 ] PPI中断cpu掩码。每个位对应于每个位附加到GIC的8个可能的cpu。指示设置为"1"的位中断被连接到该CPU 。只有有效的PPI中断。
当interrupt-cells为2时，interrupts包含2个cells，如interrupts = <2 4>：
第一个cell代表具体的中断类型：
SGI中断：软件触发中断(Software Generated Interrupt)，通常用于多核间通讯，最多支持16个SGI中断，硬件中断号从ID0~ID15。
PPI中断：私有外设中断(Private Peripheral Interrupt)，是每个CPU私有的中断。最多支持16个PPI中断，硬件中断号从ID16~ID31。
SPI中断类型：公用外设中断(Shared Peripheral Interrupt)，最多可以支持988个外设中断，硬件中断号从ID32~ID1019。
第二个cell代表中断触发标志：
bits [ 3 ：0 ] 触发类型和级别标志：1 = 低- 至- 高边沿触发，2 = 高- 到- 低边沿触发，4 = 活跃的高水平- 敏感，8 = 低电平有效- 敏感。
bits [ 15 ：8 ] PPI中断cpu掩码。每个位对应于每个位附加到GIC的8个可能的cpu。指示设置为"1"的位中断被连接到该CPU 。只有有效的PPI中断。
reg ：在schips todo

/ {
    compatible = "acme,coyotes-revenge";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    interrupt-parent = <&intc>;//指定依附的中断控制器是intc

    serial@101f0000 {   //子节点：串口设备
        compatible = "arm,pl011";
        reg = <0x101f0000 0x1000 >;
        interrupts = < 1 0 >;
    };

    intc: interrupt-controller@10140000 { //intc中断控制器
        compatible = "arm,pl190";
        reg = <0x10140000 0x1000 >;
        interrupt-controller;//定义为中断控制器设备
        #interrupt-cells = <2>;
    };
｝

9.GPIO属性
gpio是最常见的IO口，常用的属性有：
"gpio-controller"，用来说明该节点描述的是一个gpio控制器
"#gpio-cells"，用来描述gpio使用节点的属性一个cell的内容，即 `属性 = <&引用GPIO节点别名 GPIO标号工作模式>
通过上面的属性定义以后，就可以使用它，例如：

&spi_1 {
    status = "okay";
    cs-gpios = <&gpa2 5 GPIO_ACTIVE_HIGH>; // 使用 GPIO A2 第5个引脚，
    w25q80bw@0 {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        compatible = "w25x80";
        reg = <0>;
        spi-max-frequency = <1000000>;
        controller-data {
            samsung,spi-feedback-delay = <0>;
        };

10.别名与选择器
通过 aliases 节点为设备提供简化的名称。

aliases {
    serial0 = &uart0;
    ethernet0 = &eth0;
};

11.覆盖与修改（overlay）
可以通过 fragment 和 target 节点来修改现有的 Device Tree。

/dts-v1/;
/plugin/;

fragment@0 {
    target-path = "/";
    __overlay__ {
        led@0 {
            compatible = "gpio-leds";
            gpios = <&gpio1 24 0>;
        };
    };
};

附录：补充对于interrupt-parent的一些知识点

为什么会有interrupt-parent？
1.Linux设备管理中对中断的设计思路演变:
随着linux kernel的发展，在内核中将interrupt controller抽象成irqchip这个概念越来越流行，甚至GPIO controller也可以被看出一个interrupt controller chip，
这样，系统中至少有两个中断控制器了。另外，在硬件上，随着系统复杂度加大，外设中断数据增加，在这种趋势下，内核中原本的中断源直接到中断号的方式已经很难继续发展了，
为了解决这些问题，linux kernel的大牛们就创造了irq domain(中断域)这个概念。domain在内核中有很多，除了irqdomain，还有power domain，clock 这些domain等等；
所谓domain，就是领域，范围的意思（即：任何的定义出了这个范围就没有意义了）。
实际上系统可以需要多个中断控制器进行级联，形成事实上的硬件中断处理结构：

如上所述，系统中所有的interrupt controller会形成树状结构，对于每个interrupt controller都可以连接若干个外设的中断请求（interrupt source，中断源），
interrupt controller会对连接其上的interrupt source（根据其在Interrupt controller中物理特性）进行编号（也就是HW interrupt ID了）。
有了irq domain这个概念之后，这个编号仅仅限制在本interrupt controller范围内。
有了这样的设计，CPU(Linux 内核)就可以根据级联的规则一级一级的找到想要访问的中断。当然，通常我们关心的只是内核中的中断号，具体这个中断号是怎么找到相应的中断源的，我们作为程序员往往不需要关心。

在写设备树的时候，设备树就是要描述嵌入式软件开发中涉及的所有硬件信息。所以，设备树就需要准确描述硬件上处理中断的这种树状结构，如此，就有了我们的interrupt-parant这样的概念：
用来连接这样的树状结构的上下级，用于表示这个中断归属于哪个interrupt controller，比如，一个接在GPIO上的按键，它的组织形式就是：
中断源--interrupt parent-->GPIO--interrupt parent-->GIC1--interrupt parent-->GIC2--...-->CPU
有了parant，我们就可以使用一级一级的偏移量来最终获得当前中断的绝对编号。

可以看出，在我板子上的dm9000的的设备节点中，它的"interrupt-parent"引用了"exynos4x12-pinctrl.dtsi"（被板级设备树的exynos4412.dtsi包含）中的gpx0节点：

而在gpx0节点中，指定了#interrupt-cells = <2>;，所以在dm9000中的属性interrupts = <6 4>;表示dm9000的的中断在作为irq parant的gpx0中的中断偏移量，
即gpx0中的属性interrupts中的<0 22 0>，通过查阅exynos4412的手册知道，对应的中断号是EINT[6]。

posted on 2025-06-13 11:37 Vak 阅读(59) 评论(0) 收藏举报

刷新页面返回顶部