嵌入式linux内核调用设备树,6.内核对设备树的处理

一、设备树的描述

对于设备树&＃xff0c;其描述的信息可以分成三部分&＃xff1b;在内核中&＃xff0c;对设备树的处理也会分成三部分&＃xff1a;

Linux uses DT data for three major purposes:

1) platform identification, (平台识别信息)

2) runtime configuration, and (运行时配置信息)

3) device population. (设备信息)

二、内核head.S对dtb的简单处理

u-boot把一些参数&＃xff0c;把设备树文件传给内核&＃xff0c;那么内核如何处理设备树文件呢&＃xff1f;从内核的第一个启动文件head.S着手&＃xff0c;分析其对dtb的处理。(详细的head.s的分析可参见&＃xff1a;嵌入式Linux完全开发手册 - 移植Linux内核 - Linux内核启动概述)

bootloader启动内核时,会设置r0,r1,r2三个寄存器,由这三个寄存器将参数传给内核&＃xff1a;

r0一般设置为0;

r1一般设置为machine id (在使用设备树时该参数没有被使用);

r2一般设置ATAGS或DTB的开始地址&＃xff1b;

这里额外介绍下machine id的作用。假设一个内核镜像uImage可以支持多种单板&＃xff1a;

head.S分析如下&＃xff1a;

a. [ __lookup_processor_type ] 使用汇编指令读取CPU ID, 根据该ID找到对应的proc_info_list结构体(里面含有这类CPU的初始化函数、信息)

b. [ __vet_atags ] 判断是否存在可用的ATAGS或DTB&＃xff1b;

c. [ __create_page_tables ] 创建页表, 即创建虚拟地址和物理地址的映射关系;

d. [ __enable_mmu ] 使能MMU, 以后就要使用虚拟地址了

e. [ __mmap_switched ] 上述函数里将会调用__mmap_switched

f. 把bootloader传入的r2参数, 保存到变量__atags_pointer中

g. 调用C函数start_kernel

head.S/head-common.S :

把bootloader传来的r1值, 赋给了C变量: __machine_arch_type

把bootloader传来的r2值, 赋给了C变量: __atags_pointer // dtb首地址

由此可见&＃xff0c;head.S对dtb的处理还是比较简单的&＃xff0c;只是将u-boot传来的R2寄存器里的值&＃xff0c;也就是DTB的首地址赋给了内核中的C变量&＃xff1a;__atags_pointer 。

三、内核对设备树中平台信息的处理(选择machine_desc)

platform identification, (平台识别信息)

上面的介绍中&＃xff0c;已经知道在以前u-boot的ATAG传参中&＃xff0c;会传入machine id 由此来匹配machine desc&＃xff1b;当使用dtb传参时&＃xff0c;u-boot并不传递machine id了&＃xff0c;内核machine desc 的依赖于dtb 根节点下的compatible属性&＃xff0c;内核根据该属性来找到合适的machine desc。

作为内核的使用者&＃xff0c;我们已经列出清单&＃xff0c;期望在内核中找到支持某个单板的machine desc 。

对于内核&＃xff0c;每个machine desc需表明能支持哪些单板&＃xff1b;

compatible属性对machine desc的查找

a. 设备树根节点的compatible属性列出了一系列的字符串,表示它兼容的单板名&＃xff0c;从"最兼容"到次之。

b. 内核中有多个machine_desc, 其中有dt_compat成员, 它指向一个字符串数组, 里面表示该machine_desc支持哪些单板

c. 使用compatile属性的值, 跟每一个machine_desc.dt_compat 比较,成绩为"吻合的compatile属性值的位置",成绩越低越匹配, 对应的machine_desc即被选中

分析下代码的调用流程&＃xff1a;

从上面的分析已经知道&＃xff0c;内核在启动后&＃xff0c;将dtb文件的首地址保存到变量__atags_pointer中&＃xff0c;然后调用start_kernel&＃xff0c;接下来从start_kernel开始分析&＃xff1a;

函数调用过程:

start_kernel // init/main.c

setup_arch(&command_line); // arch/arm/kernel/setup.c

mdesc &＃61; setup_machine_fdt(__atags_pointer); // arch/arm/kernel/devtree.c

// 判断是否有效的dtb, drivers/of/ftd.c

early_init_dt_verify(phys_to_virt(dt_phys)

initial_boot_params &＃61; params; //将dtb的地址保存在全局变量里

// 找到最匹配的machine_desc, drivers/of/ftd.c

mdesc &＃61; of_flat_dt_match_machine(mdesc_best, arch_get_next_mach);

while ((data &＃61; get_next_compat(&compat))) {

score &＃61; of_flat_dt_match(dt_root, compat);

if (score > 0 && score

best_data &＃61; data;

best_score &＃61; score;

}

}

machine_desc &＃61; mdesc;

四、内核对设备树中运行时配置信息的处理

runtime configuration, (运行时配置信息)

运行时的三种配置信息总结如下&＃xff1a;

a. /chosen节点中bootargs属性的值, 存入全局变量&＃xff1a; boot_command_line

b. 确定根节点的这2个属性的值: #address-cells, #size-cells

存入全局变量: dt_root_addr_cells, dt_root_size_cells

c. 解析/memory中的reg属性, 提取出"base, size", 最终调用memblock_add(base, size);

函数调用过程:

start_kernel // init/main.c

setup_arch(&command_line); // arch/arm/kernel/setup.c

mdesc &＃61; setup_machine_fdt(__atags_pointer); // arch/arm/kernel/devtree.c

early_init_dt_scan_nodes(); // drivers/of/ftd.c

/* Retrieve various information from the /chosen node */

of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_chosen, boot_command_line);

/* Initialize {size,address}-cells info */

of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_root, NULL);

/* Setup memory, calling early_init_dt_add_memory_arch */

of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_memory, NULL);

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五、内核对设备树中设备信息的处理

device population. (设备信息)

内核启动后&＃xff0c;会将dtb中的所有节点转换为device_node&＃xff0c;了解了device_node结构体和properties结构体&＃xff0c;就可知道大致情况。

➢每一个节点都转换为一个device_node结构体:

struct device_node {

const char *name; // 来自节点中的name属性, 如果没有该属性, 则设为"NULL"

const char *type; // 来自节点中的device_type属性, 如果没有该属性, 则设为"NULL"

phandle phandle;

const char *full_name; // 节点的名字, node-name[&＃64;unit-address]

struct fwnode_handle fwnode;

struct property *properties; // 节点的属性

struct property *deadprops; /* removed properties */

struct device_node *parent; // 节点的父亲

struct device_node *child; // 节点的孩子(子节点)

struct device_node *sibling; // 节点的兄弟(同级节点)

#if defined(CONFIG_OF_KOBJ)

struct kobject kobj;

#endif

unsigned long _flags;

void *data;

#if defined(CONFIG_SPARC)

const char *path_component_name;

unsigned int unique_id;

struct of_irq_controller *irq_trans;

#endif

};

➢device_node结构体中有properties, 用来表示该节点的属性,每一个属性对应一个property结构体:

struct property {

char *name; // 属性名字, 指向dtb文件中的字符串

int length; // 属性值的长度

void *value; // 属性值, 指向dtb文件中value所在位置, 数据仍以big endian存储

struct property *next;

#if defined(CONFIG_OF_DYNAMIC) || defined(CONFIG_SPARC)

unsigned long _flags;

#endif

#if defined(CONFIG_OF_PROMTREE)

unsigned int unique_id;

#endif

#if defined(CONFIG_OF_KOBJ)

struct bin_attribute attr;

#endif

};

a. 在DTB文件中,

每一个节点都以TAG(FDT_BEGIN_NODE, 0x00000001)开始, 节点内部可以嵌套其他节点,

每一个属性都以TAG(FDT_PROP, 0x00000003)开始

b. 这些device_node构成一棵树, 根节点为: of_root

跟踪下代码&＃xff1a;

函数调用过程:

start_kernel // init/main.c

setup_arch(&command_line); // arch/arm/kernel/setup.c

arm_memblock_init(mdesc); // arch/arm/kernel/setup.c

early_init_fdt_reserve_self();

/* Reserve the dtb region */

// 把DTB所占区域保留下来, 即调用: memblock_reserve

early_init_dt_reserve_memory_arch(__pa(initial_boot_params),

fdt_totalsize(initial_boot_params),

0);

early_init_fdt_scan_reserved_mem(); // 根据dtb中的memreserve信息, 调用memblock_reserve

unflatten_device_tree(); // arch/arm/kernel/setup.c

__unflatten_device_tree(initial_boot_params, NULL, &of_root,

early_init_dt_alloc_memory_arch, false); // drivers/of/fdt.c

/* First pass, scan for size */

size &＃61; unflatten_dt_nodes(blob, NULL, dad, NULL);

/* Allocate memory for the expanded device tree */

mem &＃61; dt_alloc(size &＃43; 4, __alignof__(struct device_node));

/* Second pass, do actual unflattening */

unflatten_dt_nodes(blob, mem, dad, mynodes);

populate_node

np &＃61; unflatten_dt_alloc(mem, sizeof(struct device_node) &＃43; allocl,

__alignof__(struct device_node));

np->full_name &＃61; fn &＃61; ((char *)np) &＃43; sizeof(*np);

populate_properties

pp &＃61; unflatten_dt_alloc(mem, sizeof(struct property),

__alignof__(struct property));

pp->name &＃61; (char *)pname;

pp->length &＃61; sz;

pp->value &＃61; (__be32 *)val;

对于驱动开发者&＃xff0c;设备树中还有一个备受关注的信息&＃xff1a;platform_device。

dts -> dtb -> device_node -> platform_device

在上述&＃xff0c;我们已经知道dts中的节点信息终将被转换为 device_node ,但并不是所有device_node都会被转换成platform_device&＃xff0c;需满足&＃xff1a;

根节点下含有compatile属性的子节点

如果一个结点的compatile属性含有这些特殊的值("simple-bus","simple-mfd","isa","arm,amba-bus")之一, 那么它的子结点(需含compatile属性)也可以转换为platform_device

i2c, spi等总线节点下的子节点, 应该交给对应的总线驱动程序来处理, 它们不应该被转换为platform_device

转换规则&＃xff1a;

platform_device中含有resource数组, 它来自device_node的reg, interrupts属性;

platform_device.dev.of_node指向device_node, 可以通过它获得其他属性&＃xff1b;

总结下&＃xff1a;

a. 内核函数of_platform_default_populate_init, 遍历device_node树, 生成platform_device

b. 并非所有的device_node都会转换为platform_device

只有以下的device_node会转换:

b.1 该节点必须含有compatible属性

b.2 根节点的子节点(节点必须含有compatible属性)

b.3 含有特殊compatible属性的节点的子节点(子节点必须含有compatible属性):

这些特殊的compatilbe属性为: "simple-bus","simple-mfd","isa","arm,amba-bus"

示例:

比如以下的节点,

/mytest会被转换为platform_device,

因为它兼容"simple-bus", 它的子节点/mytest/mytest&＃64;0 也会被转换为platform_device

/i2c节点一般表示i2c控制器, 它会被转换为platform_device, 在内核中有对应的platform_driver;

/i2c/at24c02节点不会被转换为platform_device, 它被如何处理完全由父节点的platform_driver决定, 一般是被创建为一个i2c_client。

类似的也有/spi节点, 它一般也是用来表示SPI控制器, 它会被转换为platform_device, 在内核中有对应的platform_driver;

/spi/flash&＃64;0节点不会被转换为platform_device, 它被如何处理完全由父节点的platform_driver决定, 一般是被创建为一个spi_device。

/ {

mytest {

compatile &＃61; "mytest", "simple-bus";

mytest&＃64;0 {

compatile &＃61; "mytest_0";

};

};

i2c {

compatile &＃61; "samsung,i2c";

at24c02 {

compatile &＃61; "at24c02";

};

};

spi {

compatile &＃61; "samsung,spi";

flash&＃64;0 {

compatible &＃61; "winbond,w25q32dw";

spi-max-frequency &＃61; <25000000>;

reg &＃61; <0>;

};

};

};

函数调用过程&＃xff1a;

a. of_platform_default_populate_init (drivers/of/platform.c) 被调用到过程:

start_kernel // init/main.c

rest_init();

pid &＃61; kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS);

kernel_init

kernel_init_freeable();

do_basic_setup();

do_initcalls();

for (level &＃61; 0; level

do_initcall_level(level); // 比如 do_initcall_level(3)

for (fn &＃61; initcall_levels[3]; fn

do_one_initcall(initcall_from_entry(fn)); // 就是调用"arch_initcall_sync(fn)"中定义的fn函数

b. of_platform_default_populate_init (drivers/of/platform.c) 生成platform_device的过程:

of_platform_default_populate_init

of_platform_default_populate(NULL, NULL, NULL);

of_platform_populate(NULL, of_default_bus_match_table, NULL, NULL)

for_each_child_of_node(root, child) {

rc &＃61; of_platform_bus_create(child, matches, lookup, parent, true); // 调用过程看下面

dev &＃61; of_device_alloc(np, bus_id, parent); // 根据device_node节点的属性设置platform_device的resource

if (rc) {

of_node_put(child);

break;

}

}

c. of_platform_bus_create(bus, matches, ...)的调用过程(处理bus节点生成platform_devie, 并决定是否处理它的子节点):

dev &＃61; of_platform_device_create_pdata(bus, bus_id, platform_data, parent); // 生成bus节点的platform_device结构体

if (!dev || !of_match_node(matches, bus)) // 如果bus节点的compatile属性不吻合matches成表, 就不处理它的子节点

return 0;

for_each_child_of_node(bus, child) { // 取出每一个子节点

pr_debug(" create child: %pOF\n", child);

rc &＃61; of_platform_bus_create(child, matches, lookup, &dev->dev, strict); // 处理它的子节点, of_platform_bus_create是一个递归调用

if (rc) {

of_node_put(child);

break;

}

}

d. I2C总线节点的处理过程:

/i2c节点一般表示i2c控制器, 它会被转换为platform_device, 在内核中有对应的platform_driver;

platform_driver的probe函数中会调用i2c_add_numbered_adapter:

i2c_add_numbered_adapter // drivers/i2c/i2c-core-base.c

__i2c_add_numbered_adapter

i2c_register_adapter

of_i2c_register_devices(adap); // drivers/i2c/i2c-core-of.c

for_each_available_child_of_node(bus, node) {

client &＃61; of_i2c_register_device(adap, node);

client &＃61; i2c_new_device(adap, &info); // 设备树中的i2c子节点被转换为i2c_client

}

e. SPI总线节点的处理过程:

/spi节点一般表示spi控制器, 它会被转换为platform_device, 在内核中有对应的platform_driver;

platform_driver的probe函数中会调用spi_register_master, 即spi_register_controller:

spi_register_controller // drivers/spi/spi.c

of_register_spi_devices // drivers/spi/spi.c

for_each_available_child_of_node(ctlr->dev.of_node, nc) {

spi &＃61; of_register_spi_device(ctlr, nc); // 设备树中的spi子节点被转换为spi_device

spi &＃61; spi_alloc_device(ctlr);

rc &＃61; of_spi_parse_dt(ctlr, spi, nc);

rc &＃61; spi_add_device(spi);

}

最后&＃xff0c;便是platform_device跟platform_driver的匹配过程了&＃xff0c;具体的过程分析可移步&＃xff1a;

1. 驱动程序分层分离概念-总线设备驱动模型。

2. 字符设备驱动-总线设备驱动模型写法。