Linux设备树详解(三)u-boot设备树的传递

前面两节介绍了设备的基本概念、编译、结构的组成，本章讨论的主要内容为

1. dtb如何通过Bootloader引导程序加载到内核
2. bootloader如何解析dbt
3. bootloader支持哪些dtb的操作

1. 传递dtb给内核

对于传统bootloader提供两种工作模式：一是启动加载模式（start loading），一是下载模式（downloading）
工作在启动加载模式时，bootloader会自动执行bootcmd命令，
比如：bootcmd=“nand read 0x100000 0x80000000 0x300000; bootm 0x80000000”
uboot首先把内核镜像拷贝到内存地址为0x80000000的地方，然后执行bootm 0x80000000命令。
bootm命令实际上调用的是do_bootm_linux函数：

theKernel (0,bd->bi_arch_number, bd->bi_boot_params);

r0,r1,r2三个寄存器的设置

1. r0一般设置为0；
2. r1一般设置为machine id (在使用设备树时该参数没有被使用)；是让内核知道是哪个CPU，从而调用对应的初始化函数
3. r2一般设置ATAGS或DTB的开始地址；

以前没有使用设备树时，需要bootloader传一个machine id给内核，内核启动的时候会根据这个machine_id来比较内核machine_desc(机器描述结构体)中的.nr，如果相等，就选中了对应的machine_desc(机器描述结构体)），然后调用machine_desc(机器描述结构体)中的.init(初始化函数)。现在使用设备树的话，这个参数就不需要设置了。
对于我们拿到一个新的bootloader，我们怎么能使代码支持dtb模式，我们需要配置#define CONFIG_OF_LIBFDT，可让u-boot支持内核设备树dts，加载命令如下：

  bootm <uImage_addr> <initrd_addr> <dtb_addr>
//bootm + uImage地址 + ramdisk地址 + 设备树镜像地址

比如：

//1. 下载内核uImage到内存0x30007FC0
tftp 0x30007FC0 uImage
//2. 下载dtb到内存32000000
tftp 0x30001000 s3c2440-smdk2440.dtb
//3. - 表示不使用ramdisk加载，如果使用ramdisk则提供其加载地址
 bootm 0x30007FC0 - 0x30001000

对于我们下载dtb的地址0x32000000，这个地址有什么要求呢？是随意选的地址就可以，还是要遵循什么原则呢？

1. 不要破坏u-boot本身
2. 不要破坏内核本身: 内核本身的空间不能占用, 内核要用到的内存区域也不能占用

对于该问题，我们拿了一块2440的地址空间分配图来说明该问题

对于dtb的存放，只能存放在空闲区，并且不能与其他区有重合的地方。

2. fdt命令查看设备树

如果修改设备树中的led设备引脚，有两种办法

1. 修改dts文件，重新编译得到dtb并上传烧写
2. 使用uboot提供的一些命令来修改dtb文件，修改后再把它保存到板子上，以后就使用这个修改后的dtb文件移动值，也就是通过memmove处理

对于u-boot提供了fdt的相关命令

	"addr [-c]   []   - Set the [control] fdt location to \n"
	"fdt move      - Copy the fdt to  and make it active\n"
	"fdt resize []            - Resize fdt to size + padding to 4k addr + some optional  if needed\n"
	"fdt print   []          - Recursive print starting at \n"
	"fdt list    []          - Print one level starting at \n"
	"fdt get value      - Get  and store in \n"
	"fdt get name      - Get name of node  and store in \n"
	"fdt get addr       - Get start address of  and store in \n"
	"fdt get size   []  - Get size of [] or num nodes and store in \n"
	"fdt set      []    - Set  [to ]\n"
	"fdt mknode              - Create a new node after \n"
	"fdt rm      []          - Delete the node or \n"
	"fdt header                          - Display header info\n"
	"fdt bootcpu                     - Set boot cpuid\n"
	"fdt memory              - Add/Update memory node\n"
	"fdt rsvmem print                    - Show current mem reserves\n"
	"fdt rsvmem add          - Add a mem reserve\n"
	"fdt rsvmem delete            - Delete a mem reserves\n"
	"fdt chosen [ ]          - Add/update the /chosen branch in the tree\n"
	"                                        / - initrd start/end addr\n"

实例

nand read.jffs2 32000000 device_tree      // 从flash读出dtb文件到内存(0x32000000)
fdt addr 32000000                                      // 告诉fdt, dtb文件在哪
fdt print /led pin                                           // 打印/led节点的pin属性
fdt get value XXX /led pin                           // 读取/led节点的pin属性, 并且赋给环境变量XXX
print XXX                                                    // 打印环境变量XXX的值
fdt set /led pin <0x00050005>                     // 设置/led节点的pin属性
fdt print /led pin                                            // 打印/led节点的pin属性
nand erase device_tree                              // 擦除flash分区
nand write.jffs2 32000000 device_tree      // 把修改后的dtb文件写入flash分区

3. u-boot对dtb的支持

dtb可以以两种形式编译到uboot的镜像中

• 1.dtb和uboot的bin文件分离

现在的uboot已经做得和kernel很像，最主要的一点是，uboot也使用了dtb的方法，将设备树和代码分离开来（当然可以通过宏来控制）。

CONFIG_OF_CONTROL=y
// 用于表示是否使用了dtb的方式

CONFIG_OF_SEPARATE=y
// 是否将dtb和uboot分离表一

• 2.dtb集成到uboot的bin文件内部
• 3.通过fdtcontroladdr环境变量来指定dtb的地址

4. uboot中如何获取dtb

在uboot初始化过程中，需要对dtb做两个操作：

1. 获取dtb的地址，并且验证dtb的合法性
2. 根据你编译的是集成还是分离，如果是集成的话，需要为dtb预留内存空间并进行relocate
3. 重新获取一次dtb的地址，bootm传递给内核

4.1 获取dtb的地址，并且验证dtb的合法性

在系统起来的时候，进行一串的初始化函数中，fdtdec_setup会对dtb进行合法性验证

static const init_fnc_t init_sequence_f[] = {
...
	setup_mon_len,
#ifdef CONFIG_OF_CONTROL
	fdtdec_setup,
#endif
	reserve_fdt,
...
}

对应代码如下： lib/fdtdec.c

int fdtdec_setup(void)
{
#if CONFIG_IS_ENABLED(OF_CONTROL)
# ifdef CONFIG_OF_EMBED
	/* Get a pointer to the FDT */
// 1. 当使用CONFIG_OF_EMBED的方式时，也就是dtb集成到uboot的bin文件中时，通过__dtb_dt_begin符号来获取dtb地址
	gd->fdt_blob = __dtb_dt_begin;
# elif defined CONFIG_OF_SEPARATE
#  ifdef CONFIG_SPL_BUILD
	/* FDT is at end of BSS unless it is in a different memory region */
	if (IS_ENABLED(CONFIG_SPL_SEPARATE_BSS))
		gd->fdt_blob = (ulong *)&_image_binary_end;
	else
		gd->fdt_blob = (ulong *)&__bss_end;

#  elif defined CONFIG_FIT_EMBED
	gd->fdt_blob = locate_dtb_in_fit(&_end);

	if (gd->fdt_blob == NULL || gd->fdt_blob <= ((void *)&_end)) {
		puts("Failed to find proper dtb in embedded FIT Image\n");
		return -1;
	}

#  else
	/* FDT is at end of image */
//2. 
//当使用CONFIG_OF_SEPARATE的方式时，也就是dtb追加到uboot的bin文件后面时，通过_end符号来获取dtb地址
	gd->fdt_blob = (ulong *)&_end;
#  endif
# elif defined(CONFIG_OF_BOARD)
	/* Allow the board to override the fdt address. */
	gd->fdt_blob = board_fdt_blob_setup();
# elif defined(CONFIG_OF_HOSTFILE)
	if (sandbox_read_fdt_from_file()) {
		puts("Failed to read control FDT\n");
		return -1;
	}
# endif
//3. 可以通过环境变量fdtcontroladdr来指定gd->fdt_blob，也就是指定fdt的地址
# ifndef CONFIG_SPL_BUILD
	/* Allow the early environment to override the fdt address */
	gd->fdt_blob = (void *)env_get_ulong("fdtcontroladdr", 16,
						(uintptr_t)gd->fdt_blob);
# endif
#endif
	return fdtdec_prepare_fdt();
}

该函数主要做了一下几件事情

1. 对于集成的dtb的u-boot，使用__dtb_dt_begin符号来获取dtb地址，如果是分离式的,通过_end符号来获取dtb地址，同时也支持通过环境参数fdtcontroladdr来配置
2. 然后通过fdtdec_prepare_fdt来对fdt进行合法性检查,判断dtb是否存在，以及是否有四个字节对齐。然后再调用fdt_check_header看看头部是否正常,fdt_check_header主要是检查dtb的magic是否正确

int fdtdec_prepare_fdt(void)
{
	if (!gd->fdt_blob || ((uintptr_t)gd->fdt_blob & 3) ||
	    fdt_check_header(gd->fdt_blob)) {
#ifdef CONFIG_SPL_BUILD
		puts("Missing DTB\n");
#else
		puts("No valid device tree binary found - please append one to U-Boot binary, use u-boot-dtb.bin or define CONFIG_OF_EMBED. For sandbox, use -d \n");
# ifdef DEBUG
		if (gd->fdt_blob) {
			printf("fdt_blob=%p\n", gd->fdt_blob);
			print_buffer((ulong)gd->fdt_blob, gd->fdt_blob, 4,
				     32, 0);
		}
# endif
#endif
		return -1;
	}
	return 0;
}

4.2 为dtb分配新的内存地址空间

当使用CONFIG_OF_EMBED方式时，也就是dtb集成在uboot中的时候，relocate uboot过程中也会把dtb一起relocate，所以这里就不需要处理。当为分离式要为该dtb在内存中分配一片空间即可

static int reserve_fdt(void)
{
#ifndef CONFIG_OF_EMBED
	/*
	 * If the device tree is sitting immediately above our image then we
	 * must relocate it. If it is embedded in the data section, then it
	 * will be relocated with other data.
	 */
	if (gd->fdt_blob) {
		gd->fdt_size = ALIGN(fdt_totalsize(gd->fdt_blob) + 0x1000, 32);

		gd->start_addr_sp -= gd->fdt_size;
		gd->new_fdt = map_sysmem(gd->start_addr_sp, gd->fdt_size);
		debug("Reserving %lu Bytes for FDT at: %08lx\n",
		      gd->fdt_size, gd->start_addr_sp);
	}
#endif

	return 0;
}

static int reloc_fdt(void)
{
#ifndef CONFIG_OF_EMBED
	if (gd->flags & GD_FLG_SKIP_RELOC)
		return 0;
	if (gd->new_fdt) {
		memcpy(gd->new_fdt, gd->fdt_blob, gd->fdt_size);
		gd->fdt_blob = gd->new_fdt;
	}
#endif

	return 0;
}

5. 参考文档：

https://blog.csdn.net/kunkliu/article/details/82707282
https://blog.csdn.net/thisway_diy/article/details/84338249