詳細(xì)解答Linux設(shè)備樹語法的原理構(gòu)造

概念

Linux內(nèi)核從3.x開始引入設(shè)備樹的概念，用于實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)代碼與設(shè)備信息相分離。在設(shè)備樹出現(xiàn)以前，所有關(guān)于設(shè)備的具體信息都要寫在驅(qū)動(dòng)里，一旦外圍設(shè)備變化，驅(qū)動(dòng)代碼就要重寫。引入了設(shè)備樹之后，驅(qū)動(dòng)代碼只負(fù)責(zé)處理驅(qū)動(dòng)的邏輯，而關(guān)于設(shè)備的具體信息存放到設(shè)備樹文件中，這樣，如果只是硬件接口信息的變化而沒有驅(qū)動(dòng)邏輯的變化，驅(qū)動(dòng)開發(fā)者只需要修改設(shè)備樹文件信息，不需要改寫驅(qū)動(dòng)代碼。比如在ARM Linux內(nèi)，一個(gè).dts(device tree source)文件對應(yīng)一個(gè)ARM的machine，一般放置在內(nèi)核的"arch/arm/boot/dts/"目錄內(nèi)，比如exynos4412參考板的板級(jí)設(shè)備樹文件就是"arch/arm/boot/dts/exynos4412-origen.dts"。這個(gè)文件可以通過$make dtbs命令編譯成二進(jìn)制的.dtb文件供內(nèi)核驅(qū)動(dòng)使用。

基于同樣的軟件分層設(shè)計(jì)的思想，由于一個(gè)SoC可能對應(yīng)多個(gè)machine，如果每個(gè)machine的設(shè)備樹都寫成一個(gè)完全獨(dú)立的.dts文件，那么勢必相當(dāng)一些.dts文件有重復(fù)的部分，為了解決這個(gè)問題，Linux設(shè)備樹目錄把一個(gè)SoC公用的部分或者多個(gè)machine共同的部分提煉為相應(yīng)的.dtsi文件。這樣每個(gè).dts就只有自己差異的部分，公有的部分只需要"include"相應(yīng)的.dtsi文件, 這樣就是整個(gè)設(shè)備樹的管理更加有序。我這里用`Linux4.8.5源碼自帶的dm9000網(wǎng)卡為例來分析設(shè)備樹的使用和移植。這個(gè)網(wǎng)卡的設(shè)備樹節(jié)點(diǎn)信息在"Documentation/devicetree/bindings/net/davicom-dm9000.txt"有詳細(xì)說明，其網(wǎng)卡驅(qū)動(dòng)源碼是"drivers/net/ethernet/davicom/dm9000.c"。

設(shè)備樹框架

設(shè)備樹用樹狀結(jié)構(gòu)描述設(shè)備信息，它有以下幾種特性

每個(gè)設(shè)備樹文件都有一個(gè)根節(jié)點(diǎn)，每個(gè)設(shè)備都是一個(gè)節(jié)點(diǎn)。

節(jié)點(diǎn)間可以嵌套，形成父子關(guān)系，這樣就可以方便的描述設(shè)備間的關(guān)系。

每個(gè)設(shè)備的屬性都用一組key-value對(鍵值對)來描述。

每個(gè)屬性的描述用;結(jié)束

所以，一個(gè)設(shè)備樹的基本框架可以寫成下面這個(gè)樣子

/{ //根節(jié)點(diǎn) node1{ //node1是節(jié)點(diǎn)名，是/的子節(jié)點(diǎn) key=value; //node1的屬性 ... node2{ //node2是node1的子節(jié)點(diǎn) key=value; //node2的屬性 ... } } //node1的描述到此為止 node3{ key=value; ... }}

節(jié)點(diǎn)名

理論個(gè)節(jié)點(diǎn)名只要是長度不超過31個(gè)字符的ASCII字符串即可，此外
Linux內(nèi)核還約定設(shè)備名應(yīng)寫成形如[@]的形式，其中name就是設(shè)備名，unit_address就是設(shè)備地址，如果有應(yīng)該寫上，下面就是典型節(jié)點(diǎn)名的寫法

Linux中的設(shè)備樹還包括幾個(gè)特殊的節(jié)點(diǎn)，比如chosen，chosen節(jié)點(diǎn)不描述一個(gè)真實(shí)設(shè)備，而是用于firmware傳遞一些數(shù)據(jù)給OS，比如bootloader傳遞內(nèi)核啟動(dòng)參數(shù)給內(nèi)核

引用

當(dāng)我們找一個(gè)節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，我們必須書寫完整的節(jié)點(diǎn)路徑，這樣當(dāng)一個(gè)節(jié)點(diǎn)嵌套比較深的時(shí)候就不是很方便，所以，設(shè)備樹允許我們用下面的形式為節(jié)點(diǎn)標(biāo)注引用(起別名)，借以省去冗長的路徑。這樣就可以實(shí)現(xiàn)類似函數(shù)調(diào)用的效果。編譯設(shè)備樹的時(shí)候，相同的節(jié)點(diǎn)的不同屬性信息都會(huì)被合并到設(shè)備節(jié)點(diǎn)中，而相同的屬性會(huì)被覆蓋，使用引用可以避免移植者四處找節(jié)點(diǎn)，直接在板級(jí).dts增改即可。

下面的例子中就是直接引用了dtsi中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，并向其中添加/修改新的屬性信息

KEY

在設(shè)備樹中，鍵值對是描述屬性的方式，比如，Linux驅(qū)動(dòng)中可以通過設(shè)備節(jié)點(diǎn)中的"compatible"這個(gè)屬性查找設(shè)備節(jié)點(diǎn)。
Linux設(shè)備樹語法中定義了一些具有規(guī)范意義的屬性，包括：compatible,?address,?interrupt等，這些信息能夠在內(nèi)核初始化找到節(jié)點(diǎn)的時(shí)候，自動(dòng)解析生成相應(yīng)的設(shè)備信息。此外，還有一些Linux內(nèi)核定義好的，一類設(shè)備通用的有默認(rèn)意義的屬性，這些屬性一般不能被內(nèi)核自動(dòng)解析生成相應(yīng)的設(shè)備信息，但是內(nèi)核已經(jīng)編寫的相應(yīng)的解析提取函數(shù)，常見的有?"mac_addr"，"gpio"，"clock"，"power"。"regulator"?等等。

compatible

設(shè)備節(jié)點(diǎn)中對應(yīng)的節(jié)點(diǎn)信息已經(jīng)被內(nèi)核構(gòu)造成struct platform_device。驅(qū)動(dòng)可以通過相應(yīng)的函數(shù)從中提取信息。compatible屬性是用來查找節(jié)點(diǎn)的方法之一，另外還可以通過節(jié)點(diǎn)名或節(jié)點(diǎn)路徑查找指定節(jié)點(diǎn)。dm9000驅(qū)動(dòng)中就是使用下面這個(gè)函數(shù)通過設(shè)備節(jié)點(diǎn)中的"compatible"屬性提取相應(yīng)的信息，所以二者的字符串需要嚴(yán)格匹配。

address

(幾乎)所有的設(shè)備都需要與CPU的IO口相連，所以其IO端口信息就需要在設(shè)備節(jié)點(diǎn)節(jié)點(diǎn)中說明。常用的屬性有

#address-cells，用來描述子節(jié)點(diǎn)"reg"屬性的地址表中用來描述首地址的cell的數(shù)量，

#size-cells，用來描述子節(jié)點(diǎn)"reg"屬性的地址表中用來描述地址長度的cell的數(shù)量。

有了這兩個(gè)屬性，子節(jié)點(diǎn)中的"reg"就可以描述一塊連續(xù)的地址區(qū)域。下例中，父節(jié)點(diǎn)中指定了"#address-cells = <2>" "#size-cells = <1>"，則子節(jié)點(diǎn)dev-bootscs0中的reg中的前兩個(gè)數(shù)表示一個(gè)地址，最后的0x4表示地址跨度是0x4

interrupts

一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中大量設(shè)備都是通過中斷請求CPU服務(wù)的，所以設(shè)備節(jié)點(diǎn)中就需要在指定中斷號(hào)。常用的屬性有

interrupt-controller?一個(gè)空屬性用來聲明這個(gè)node接收中斷信號(hào)

#interrupt-cells，是中斷控制器節(jié)點(diǎn)的屬性，用來標(biāo)識(shí)這個(gè)控制器需要幾個(gè)單位做中斷描述符,用來描述子節(jié)點(diǎn)中"interrupts"屬性使用了父節(jié)點(diǎn)中的interrupts屬性的具體的哪個(gè)值。一般，如果父節(jié)點(diǎn)的該屬性的值是3，則子節(jié)點(diǎn)的interrupts一個(gè)cell的三個(gè)32bits整數(shù)值分別為:<中斷域 中斷 觸發(fā)方式>,如果父節(jié)點(diǎn)的該屬性是2，則是<中斷 觸發(fā)方式>

interrupt-parent,標(biāo)識(shí)此設(shè)備節(jié)點(diǎn)屬于哪一個(gè)中斷控制器，如果沒有設(shè)置這個(gè)屬性，會(huì)自動(dòng)依附父節(jié)點(diǎn)的

interrupts,一個(gè)中斷標(biāo)識(shí)符列表，表示每一個(gè)中斷輸出信號(hào)

這里，在我板子上的dm9000的的設(shè)備節(jié)點(diǎn)中，"interrupt-parent"使用了exynos4x12-pinctrl.dtsi（被板級(jí)設(shè)備樹的exynos4412.dtsi包含）中的gpx0節(jié)點(diǎn)的引用，而在gpx0節(jié)點(diǎn)中，指定了"#interrupt-cells = <2>;"，所以在dm9000中的屬性"interrupts = <6 4>;"表示指定gpx0中的屬性"interrupts"中的"<0 22 0>"，通過查閱exynos4412的手冊知道，對應(yīng)的中斷號(hào)是EINT[6]。

gpio

gpio也是最常見的IO口，常用的屬性有

"gpio-controller"，用來說明該節(jié)點(diǎn)描述的是一個(gè)gpio控制器

"#gpio-cells"，用來描述gpio使用節(jié)點(diǎn)的屬性一個(gè)cell的內(nèi)容，即?屬性 = <&引用GPIO節(jié)點(diǎn)別名 GPIO標(biāo)號(hào) 工作模式>

驅(qū)動(dòng)自定義key

針對具體的設(shè)備，有部分屬性很難做到通用，需要驅(qū)動(dòng)自己定義好，通過內(nèi)核的屬性提取解析函數(shù)進(jìn)行值的獲取，比如dm9000節(jié)點(diǎn)中的下面這句就是自定義的節(jié)點(diǎn)屬性，用以表示配置EEPROM不可用。

VALUE

dts描述一個(gè)鍵的值有多種方式，當(dāng)然，一個(gè)鍵也可以沒有值

字符串信息

32bit無符號(hào)整型數(shù)組信息

二進(jìn)制數(shù)數(shù)組

字符串哈希表

混合形式

上述幾種的混合形式

設(shè)備樹/驅(qū)動(dòng)移植

設(shè)備樹就是為驅(qū)動(dòng)服務(wù)的，配置好設(shè)備樹之后還需要配置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)才能檢測配置是否正確。比如dm9000網(wǎng)卡，就需要首先將示例信息掛接到我們的板級(jí)設(shè)備樹上，并根據(jù)芯片手冊和電路原理圖將相應(yīng)的屬性進(jìn)行配置，再配置相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)。需要注意的是，dm9000的地址線一般是接在片選線上的，我這里用的exynos4412，接在了bank1，所以是"<0x50000000 0x2 0x50000004 0x2>"
最終的配置結(jié)果是：

勾選相應(yīng)的選項(xiàng)將dm9000的驅(qū)動(dòng)編譯進(jìn)內(nèi)核。

make menuconfig[*] Networking support ---> Networking options ---> <*> Packet socket <*>Unix domain sockets [*] TCP/IP networking [*] IP: kernel level autoconfigurationDevice 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

執(zhí)行make uImage;make dtbs,tftp下載，成功加載nfs根文件系統(tǒng)并進(jìn)入系統(tǒng)，表示網(wǎng)卡移植成功

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