設備樹(shù)使用簡(jiǎn)介

是不是所有的Linux內核都是完美的？畢竟諸多黑客效力于此，當然不是，至少在內核3.x版本之前不是，之前的代碼臃腫，代碼利用率較低，直到設備樹(shù)的引入，徹底改善這一情況；

一、FDT的概念

系統啟動(dòng)時(shí)，Bootloader開(kāi)始加載，將內核文件，如zImage讀取到內存中，內核按照我們的代碼，逐一去配置每個(gè)寄存器，每個(gè)外設，似乎沒(méi)有什么問(wèn)題。但是試想一下，100種ARM芯片，就要寫(xiě)100個(gè)配置文件么？當然，如果你非要這么做，我也無(wú)話(huà)可說(shuō)。如果能抽象出一種數據結構，它可以直接抽象出內核需要配置的所有硬件以及硬件屬性，BootLoader預讀取到內存中，在內核啟動(dòng)以后，可以直接配置，對于用戶(hù)而言，配置MCU的外圍時(shí)我們直接面對的就只是這個(gè)DTS文件，極其方便快捷。FDT準確來(lái)講是一種數據結構，使得硬件可以用形如XML的描述語(yǔ)言來(lái)描述。

二、設備樹(shù)結構

圖一   設備樹(shù)結構

設備樹(shù)一般包含以上內容：

?  根節點(diǎn)“/”下的model ，這個(gè)一般為字符串類(lèi)型，它描述了廠(chǎng)商以及板子名稱(chēng)；

?  根節點(diǎn)“/”下的compitable，這個(gè)一般為字符串類(lèi)型，用以匹配model選定的開(kāi)發(fā)板對應的代碼；包括后續外圍驅動(dòng)的匹配均是有這個(gè)compitable來(lái)完成；

? 根節點(diǎn)“/”下的aliases，這個(gè)設備節點(diǎn)只能放在根節點(diǎn)目錄，主要用以存放外設的別名，簡(jiǎn)單講，"/soc/aips-bus@02000000/spba-bus@02000000/serial@02020000"其實(shí)是一個(gè)串口，但是開(kāi)發(fā)人員自己看起來(lái)并不直觀(guān)，我可以在aliases中寫(xiě)作：serial ="/soc/aips-bus@02000000/spba-bus@02000000/serial@02020000";serial即可代替剛才的串口設備；

? 根節點(diǎn)“/”下的chosen:這個(gè)并非物理設備節點(diǎn)，而是內核啟動(dòng)參數的節點(diǎn)，類(lèi)似于uboot階段的bootargs參數；

當然，這個(gè)節點(diǎn)也可以是子節點(diǎn)，不一定要在根節點(diǎn)下；

實(shí)例：chosen {

        stdout-path = &uart1;

    };

? snvs@020b0000:除以上節點(diǎn)，剩下的我一般稱(chēng)之為物理設備節點(diǎn)（可能不準確），以snvs外設舉例，直接舉例；

實(shí)例：snvs@020b0000{

        conpitable = “fsl,imx6ul-snvs”;

        reg = <0x020b0000 0x4000>;

        interrupts = <0x0 0x4 0x4>;

};

（1）“@”后面緊跟就是該外設在MCU總線(xiàn)的地址，這個(gè)不難理解，可以理解為外設的基地址，外設模型 name@addresss;”

（2）“compitable”:如上陳述，非常關(guān)鍵的屬性，匹配外設驅動(dòng)，屬性模型 compitable = “[manufacture,[model]]”;

（3）“reg”:該屬性為外設地址屬性，第一個(gè)參數為該節點(diǎn)總線(xiàn)地址，后者為地址長(cháng)度；

（4）“interrupt”:顧名思義，該外設的中斷，para1表示該中斷是不是SPI中斷（shared peripheral interrupt），注意名詞區分，參數值為1表示為SPI中斷，反之不是SPI中斷；para2是該中斷號；para3表示觸發(fā)方式，參數值為1，表示上升沿觸發(fā)，為4表示高電平觸發(fā)；如果需要低電平以及下降沿觸發(fā)，硬件需要加非門(mén)；

三、編譯設備樹(shù)與反編譯

設備樹(shù)編譯，我們都知道使用如下命令編譯：

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-  dtbs  或者

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-  all

實(shí)際上，是dtc這個(gè)文件在負責把dts解釋成dtb文件，該文件在內核源碼根目錄 ./scripts/dtc

編譯命令：

./scripts/dtc/dtc –I dts –O dtb /home/gyh/tmp/imx6y2c-256m.dtb  ./arch/arm/boot/dts/imx6y2c-256m.dts

反編譯命令：

./scripts/dtc/dtc -I dtb -O dts -o /home/gyh/tmp/imx6y2c_asm.dts   ./arch/arm/boot/dts/imx6y2c-256m.dtb

對于Linux命令的使用，可以使用help cmdname 或者man cmdname，對于dtc，非內建命令，man dtc:

  -I <input format>

              Input formats are:

              dts - device tree source text

              dtb - device tree blob

              fs - /proc/device-tree style directory

  -O <output format>

              Output formats are:

              dts - device tree source text

              dtb - device tree blob

              asm - assembler source

系統提供的dts一般引用dtsi這個(gè)母設備樹(shù)，所以大量外設都是直接引用dtsi中的，因此很難理解這些字符串是怎樣的匹配驅動(dòng)程序的，但是一旦將已經(jīng)生產(chǎn)的dtb文件反編譯，生產(chǎn)的dts文件將更直觀(guān)；但是易讀性也更差。這并不矛盾；我選擇，” /”  ,”chosen” ,”aliases”三個(gè)節點(diǎn)來(lái)對比。

圖二   BSP提供的dts文件

圖三   反編譯的dts文件

對同一個(gè)chosen節點(diǎn)：BSP中dts描述為stdout-path = &uart1;這樣很難想象它是怎樣把該外設定義為標準輸出的，但是如果看反編譯文件可以較好的理解，標準輸出被重定向到某個(gè)可以作為輸出的外設地址；

四、設備樹(shù)節點(diǎn)添加與驗證

       （1）直接在dts文件中查找，是否已經(jīng)存在你需要的外設節點(diǎn)；如果有，且該外設支持多從機或者多節點(diǎn)，直接在該節點(diǎn)下面，添加子節點(diǎn)，以GPIO_LED為例。

圖四   GPIO_LEDS節點(diǎn)

（2）假設，你需要添加一個(gè)黃色的LED，那么仿照已經(jīng)存在的節點(diǎn)，復制一個(gè)節點(diǎn)在母節點(diǎn)下，命名為green-led,同時(shí)用GPIO3_4為該LED驅動(dòng)引腳；你希望在arm板上叫他，My_Cute（這個(gè)名字不好），那么最后修改如下：

圖五  增加yellow-led節點(diǎn)

（3）節點(diǎn)添加完成，引用了GPIO3_4，所以你需要確認該MCU引腳已經(jīng)配置為GPIO功能，這里直接貼出配置代碼：MX6UL_PAD_LCD_RESET__GPIO3_IO04 0x40017059

圖六  引腳配置為GPIO

該宏定義MX6UL_PAD_LCD_RESET__GPIO3_IO04在./arch/arm/boot/dts/imx6ull-pinfunc.h中；針對同一個(gè)引腳的全部復用，均定義了宏，可以直接調用；該dts并未直接包含imx6ull-pinfunc.h，在其他dtsi中已經(jīng)包含該頭文件；

（4）如果之前已經(jīng)完全編譯過(guò)內核，可以直接編譯dtb，注意不要make menuconfig或者defconfig，否則會(huì )覆蓋zImage的配置文件.config；

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-  dtbs

（5）編譯完成后，開(kāi)發(fā)板直接進(jìn)入uboot模式，tftp網(wǎng)絡(luò )燒寫(xiě)dtb，reset重啟生效；

run updtb

（備注：updtb為組合命令updtb=if tftp ${fdt_file}; then nand erase.part dtb; nand write ${loadaddr} dtb ${filesize}; fi;）

（6）如果dtb按照我們理解修改是正確的，那么我們將在開(kāi)發(fā)板的/sys/class/leds下面看到我們的My_Cute這個(gè)LED節點(diǎn)；結果如下：

圖七  開(kāi)發(fā)板設備截圖

其實(shí)，可以看到/sys/class/leds下面的設備節點(diǎn)都是指向/devices/platfome/leds目錄的連接文件，也就是這里僅僅是這個(gè)設備的“快捷方式”，我們也可以進(jìn)行文件IO操作；

（7）文件IO操作：打開(kāi)My_Cute節點(diǎn)，可以看到以下接口可以操作，但是我們在添加GPIO_LEDS并沒(méi)有添加這些屬性。Brightness, trigger—led亮度以及觸發(fā)方式比較常用，那么問(wèn)題來(lái)了，為什么會(huì )有這些接口。因為它們繼承了母節點(diǎn)的屬性，所以我們需要找到母節點(diǎn)設備的定義。

圖八  yellow-led的操作接口

（8）講道理，所有的內核驅動(dòng)你都可以嘗試在 ./driver/下面去找，針對led類(lèi)，我們直接進(jìn)入leds文件夾，發(fā)現leds的驅動(dòng)leds-gpio.c在，在這里就可以理解led的接口為什么是這樣；當然優(yōu)秀的驅動(dòng)應該還有一份清晰的文檔，你同樣可也嘗試去源碼根目錄的. /Documentation 中查找leds-gpio的使用文檔；這里也會(huì )解釋?zhuān)覟槭裁磿?huì )去開(kāi)發(fā)板的/sys/class/leds下面去查看我增加的My_Cute節點(diǎn)；

圖九  驅動(dòng)使用文檔

（9）增加一個(gè)驅動(dòng)或者一個(gè)設備節點(diǎn)到設備樹(shù)中，你可以先查看內核源碼的/ Documentation目錄，其中包含了幾乎所有驅動(dòng)的使用說(shuō)明以及設備樹(shù)屬性的解釋?zhuān)瑫r(shí)也包括大量?jì)?yōu)秀的內核調試技巧；再去寫(xiě)節點(diǎn)，也可以先模仿，針對不懂的地方再來(lái)看文檔，印象更為深刻。

五、結語(yǔ)

設備樹(shù)相比于傳統的配置文件，無(wú)疑是降低了Linux外設開(kāi)發(fā)與使用的門(mén)檻，但是也隱藏了大量的細節，難以了解其底層的驅動(dòng)原理；對于LINUX內核的了解，我所認識的還不及冰山一角，單希望對你有一點(diǎn)幫助。