Linux 驱动开发基础知识——设备树的语法驱动开发基础知识（九）

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文章介绍：

🎉本篇文章对Linux驱动基础学习的相关知识进行分享！🥳🥳🥳

以 LED 驱动为例，如果你要更换 LED 所用的 GPIO 引脚，需要修改驱动程序 源码、重新编译驱动、重新加载驱动。 在内核中，使用同一个芯片的板子，它们所用的外设资源不一样，比如 A 板 用 GPIO A，B 板用 GPIO B。而 GPIO 的驱动程序既支持 GPIO A 也支持 GPIO B， 你需要指定使用哪一个引脚，怎么指定？于是，Linux 内核开始引入设备树。

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目录：

一、设备树的引入与作用

    以 LED 驱动为例，如果你要更换 LED 所用的 GPIO 引脚，需要修改驱动程序 源码、重新编译驱动、重新加载驱动。

    在内核中，使用同一个芯片的板子，它们所用的外设资源不一样，比如 A 板 用 GPIOA，B 板用 GPIOB。而 GPIO 的驱动程序既支持 GPIOA 也支持 GPIOB， 你需要指定使用哪一个引脚，怎么指定？在 c 代码中指定。

    随着 ARM 芯片的流行，内核中针对这些 ARM 板保存有大量的、没有技术含量 的文件。

    Linus 大发雷霆："this whole ARM thing is a f*cking pain in the ass"。

    于是，Linux 内核开始引入设备树。

    设备树并不是重新发明出来的，在 Linux 内核中其他平台如 PowerPC，早就使用设备树来描述硬件了。

     Linus 发火之后，内核开始全面使用设备树来改造，神人就神人。 有一种错误的观点，说“新驱动都是用设备树来写了”。设备树不可能用来写驱动。

    请想想，要操作硬件就需要去操作复杂的寄存器，如果设备树可以操作寄存器，那么它就是“驱动”，它就一样很复杂。

    设备树只是用来给内核里的驱动程序，指定硬件的信息。比如 LED 驱动，在内核的驱动程序里去操作寄存器，但是操作哪一个引脚？**这由设备树指定**。

二、设备树的语法

2.1怎么描述这棵树？

    我们需要编写**设备树文件(dts: device tree source)**，它需要编译为** dtb(device tree blob)**文件，内核使用的是** dtb 文件**。

    dts 文件是根本，它的语法很简单。

    下面是一个设备树示例：

它对应的 dts 文件如下：

dts-v1/l;

/ {
    model="fsl,mpc8572ds"
    compatible="fsl,mpc8572ds"
    #address-cells=<1>
    #size-cells=<l>

    cpus {
        #address-cells=<1>
        #size-cells=<0>
        cpu@0 {
            device_type="cpu"
            reg=<0>
            timebase-frequency=<825000000>
            clock-frequency=<825000000>
        };

        cpu@1 {
                device_type="cpu"
                reg=<1>
                timebase-frequency=<825000000>
                clock-frequency=<825000000>
        };
       
    };
    
    memory@0 {
        device _type="memory"
        reg=<0 0x20000000>
    };

    uart@fe001000 {
        compatible="ns16550"
        reg=<0xfe001000 0x100>
    };

    chosen {
        bootargs="root=/ dev / sda2";
    };

    aliases {
        serial0="/uart@fe001000"
    };
 };

    

2.2Devicetree 格式

2.2.1 DTS 文件的格式

    DTS 文件布局(layout):

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

2.2.2 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]
};

    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”;
};

2.3 常用的节点(node)

2.3.1 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

2.3.2 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 {
         .......
     }
};

2.3.3 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>;
};

2.3.4 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";
};

2.4 常用的属性

2.4.1 #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。

    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>;
     };
}

2.4.2 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”。

** 注意：*machine desc 的意思就是“*机器描述**”，学到内核启动流程时才涉及。

2.4.3 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。 

2.4.4 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";
};

2.4.5 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。 

示例：

/dts-v1/;
/ {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    memory {
        reg = <0x80000000 0x20000000>;
    };
};

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

2.5 dts 文件包含 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。

示例：

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

三、 编译、更换设备树

    我们一般不会从零写 dts 文件，而是修改。程序员水平有高有低，改得对不对？需要编译一下。并且内核直接使用 dts 文件的话，就太低效了，它也需要使用二进制格式的 dtb 文件。  

3.1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

3.2 手工编译

  **  除非你对设备树比较了解，否则不建议手工使用 dtc 工具直接编译。**

    内核目录下 **scripts/dtc/dtc **是设备树的编译工具，直接使用它的话，包含其他文件时不能使用“#include”，而必须使用“/incldue”。

    编译、反编译的示例命令如下，“-I”指定输入格式，“-O”指定输出格式，“- o”指定输出文件：

./scripts/dtc/dtc -I dts -O dtb -o tmp.dtb arch/arm/boot/dts/xxx.dts // 编译 dts 为 dt
b
./scripts/dtc/dtc -I dtb -O dts -o tmp.dts arch/arm/boot/dts/xxx.dtb // 反编译 dtb 为
dts

3.3 给开发板更换设备树文件

    怎么给各个单板编译出设备树文件，它们的设备树文件是哪一个？

    基本方法都是：设置** ARCH、CROSS_COMPILE、PATH** 这三个环境变量后，在 内核源码目录中执行：

make dtbs

3.4 板子启动后查看设备树

    板子启动后执行下面的命令：

# ls /sys/firmware/
devicetree fdt

** /sys/firmware/devicetree** 目录下是以目录结构程现的 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。

    还可以看到**/sys/firmware/fdt **文件，它就是** dtb 格式的设备树文件**，可以把它复制出来放到 ubuntu 上，执行下面的命令反编译出来(-I dtb：输入格 式是 dtb，-O dts：输出格式是 dts)：

cd 板子所用的内核源码目录
./scripts/dtc/dtc -I dtb -O dts /从板子上/复制出来的/fdt -o tmp.dts

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