设备树（一）linux内核主线了解dts

http://events.linuxfoundation.org/sites/events/files/slides/petazzoni-device-tree-dummies.pdf
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问题一：以前的Linux Kernel如何描述硬件，现在又如何描述呢？

在以前的内核版本中：
1）内核包含了对硬件的全部描述；
2）bootloader会加载一个二进制的内核镜像，并执行它，比如uImage或者zImage；
3）bootloader会提供一些额外的信息，成为ATAGS，它的地址会通过r2寄存器传给内核；
    ATAGS包含了内存大小和地址，kernel command line等等；
4）bootloader会告诉内核加载哪一款board，通过r1寄存器存放的machine type integer；
5）U-Boot的内核启动命令：bootm 
6）Barebox变量：bootm.image (?)

现今的内核版本使用了Device Tree：
1）内核不再包含对硬件的描述，它以二进制的形式单独存储在另外的位置：the device tree blob
2）bootloader需要加载两个二进制文件：内核镜像和DTB
    内核镜像仍然是uImage或者zImage；
    DTB文件在arch/arm/boot/dts中，每一个board对应一个dts文件；
3）bootloader通过r2寄存器来传递DTB地址，通过修改DTB可以修改内存信息，kernel command line，以及潜在的其它信息；
4）不再有machine type；
5）U-Boot的内核启动命令：bootm  - 
6）Barebox变量：bootm.image,bootm.oftree

有些bootloader不支持Device Tree，或者有些专门给特定设备写的版本太老了，也不包含。为了解决这个问题，CONFIG_ARM_APPENDED_DTB被引进。
    它告诉内核，在紧跟着内核的地址里查找DTB文件；
    由于没有built-in Makefile rule来产生这样的内核，因此需要手动操作：
        cat arch/arm/boot/zImage arch/arm/boot/dts/myboard.dtb > my-zImage
        mkimage ... -d my-zImage my-uImage
    (cat这个命令，还能够直接合并两个mp3文件哦！so easy！)
另外，CONFIG_ARM_ATAG_DTB_COMPAT选项告诉内核去bootloader里面读取ATAGS，并使用它们升级DT。

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问题二：现在Linux Kernel使用的Device Tree到底是个什么东东？

引用the Power.org Standard for Embedded Power Architecture Platform Requirements (ePAPR)的定义：
1）ePAPR使用device tree的概念描述硬件。boot程序会加载device tree到client program's memory中，并将device tree的指针传递给client；
2）device tree是一个树形数据结构with nodes，用来描述系统的physical devices；
3）一个ePAPR-complient device tree描述的设备信息不能被client program读取；

From Source to binary
1）在ARM系统中，所有的DTS文件放置在arch/arm/boot/dts中：
    .dts文件为板级定义
    .dtsi文件为SoC级定义
2）Device Tree Compiler工具，将源代码编译成二进制形式；
    它的源代码放置在scripts/dtc中
3）编译器会产生DTB文件，bootloader会加载这个DTB文件，内核在boot时去解析它；
4）arch/arm/boot/dts/Makefile会指定产生哪个DTB文件；

上图是pdf里面自带的例子，我再从arch/arm/boot/dts/am33xxx.dtsi中摘录了两个：
               
                uart0: serial@44e09000 {
                        compatible = "ti,omap3-uart";
                        ti,hwmods = "uart1";
                        clock-frequency = <48000000>;
                        reg = <0x44e09000 0x2000>;
                        interrupts = <72>;
                        status = "disabled";
                };

                uart1: serial@48022000 {
                        compatible = "ti,omap3-uart";
                        ti,hwmods = "uart2";
                        clock-frequency = <48000000>;
                        reg = <0x48022000 0x2000>;
                        interrupts = <73>;
                        status = "disabled";
                };

对比图片中的注释，就能够知道对于uart0这个外设：
Node name: serial
Unit Address: 0x44e09000
compatible: 定义了设备的programming model，允许操作系统识别对应的程序驱动；
clock-frequency: 48000000，晶振频率为24MHz，这应该是PLL倍频后的输出（？）；
reg: 寄存器的地址和寄存器长度，uart0的地址起始为0x44e09000，长度为0x2000；
interrupts: 中断号；
status: 状态值，初始的时候为disabled，即禁用它；

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问题三：Device Tree的编写规则是怎样的？

1）Device Tree inclusion不一定要做成monolithic，它们可以分散在不同的文件中，互相包含；
2）.dtsi文件是被包含的，.dts文件才是最终的Device Trees；
3）.dts文件包含了板级信息；
4）including工作主要是将including file覆盖到included file上面；
5）inclusion使用DT操作符/include/，或者在某些少量的内核发布版中，由于DTS是使用了C preprocessor，因此推荐#include。

由这张图可见，如果included file中的某项，被including file文件定义了，则会使用后者的定义，也就是使用更上层更新的定义；如果没有被定义，则添加进入。

1）bindings是device tree里面可已包含的specific types and classes of devices。
2）compatible特征描述了节点编译的specific binding；
3）当为一个设备创建新的device tree时，应该创建a binding来描述设备的全部细节。

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问题四：在哪里可以找到Device Tree的文档呢？

1）所有可被内核识别的Device Tree bindings在文档Documentation/devicetree/bindings里面；
2）每个binding文档描述了哪些properties可以被接受，可以使用哪些值，哪些特征是必须的，哪些是可选的；
3）所有新的Device Tree bindings必须让代码维护者审核，提交到[email protected]上。这用来保证它们的正确性和一致性。

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问题五：Device Tree中的常见关键字含义是什么？

Device Tree organization: top-level nodes
在设备的最顶层节点上，一般可以发现如下这些：
cpus：描述了系统的CPU
memory：定义了RAM的地址和大小
chosen：定义了boot时被系统固件选择或定义的参数；可用来传递kernel command line；
aliases：定义了certain nodes的shotcuts；
一个或多个总线定义；
一个或多个板上设备定义；

下面是am33xx.dtsi中的定义：

/ {
        compatible = "ti,am33xx";
        interrupt-parent = <&intc>;

        aliases {
                i2c0 = &i2c0;
                i2c1 = &i2c1;
                i2c2 = &i2c2;
                serial0 = &uart0;
                serial1 = &uart1;
                serial2 = &uart2;
                serial3 = &uart3;
                serial4 = &uart4;
                serial5 = &uart5;
                d_can0 = &dcan0;
                d_can1 = &dcan1;
                usb0 = &usb0;
                usb1 = &usb1;
                phy0 = &usb0_phy;
                phy1 = &usb1_phy;
                ethernet0 = &cpsw_emac0;
                ethernet1 = &cpsw_emac1;
        };

        cpus {
                #address-cells = <1>;
                #size-cells = <0>;
                cpu@0 {
                        compatible = "arm,cortex-a8";
                        device_type = "cpu";
                        reg = <0>;
                        
                        /*
                         * To consider voltage drop between PMIC and SoC,
                         * tolerance value is reduced to 2% from 4% and
                         * voltage value is increased as a precaution.
                         */
                        operating-points = <
                                /* kHz    uV */
                                720000  1285000
                                600000  1225000
                                500000  1125000
                                275000  1125000
                        >;
                        voltage-tolerance = <2>; /* 2 percentage */

                        clocks = <&dpll_mpu_ck>;
                        clock-names = "cpu";
                        
                        clock-latency = <300000>; /* From omap-cpufreq driver */
                };
        };

        pmu {
                compatible = "arm,cortex-a8-pmu";
                interrupts = <3>;
        };

        /*
         * The soc node represents the soc top level view. It is used for IPs
         * that are not memory mapped in the MPU view or for the MPU itself.
         */
        soc {
                compatible = "ti,omap-infra";
                mpu {
                        compatible = "ti,omap3-mpu";
                        ti,hwmods = "mpu";
                };
        };


    /* ...... */

};

从上面的代码里面可以找出四个compatible，分别是：
top: compatible = "ti,am33xx";
cpu0: compatible = "arm,cortex-a8";
pmu: compatible = "arm,cortex-a8-pmu";
soc: compatible = "ti,omap-infra";

怎样使用compatible呢？
方法一是用来匹配DT_MACHINE结构体中的dt_compat域，方法二是使用of_machine_is_compatible函数。

在总线中，一般要定义compatile、#address-cells、#size-cells、ranges，比如：

       i2c0: i2c@44e0b000 {
                compatible = "ti,omap4-i2c";
                #address-cells = <1>;
                #size-cells = <0>;
                ti,hwmods = "i2c1";
                reg = <0x44e0b000 0x1000>;
                interrupts = <70>;
                status = "disabled";
        };

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问题六：有关DT的策略，你应该了解的～

DT是一种硬件描述，而不是一种配置。
它应该描述硬件的构成，和硬件工作的方式；
它不应该描述那种硬件配置你更加喜欢；
例如：
    你可以在DT中描述是否硬件配置支持DMA；
    但是你不要在DT中描述你是否想要DMA。

1）DT独立于OS，它也需要非常稳定；
2）最初的设想是，DTBs由生产厂家烧写进芯片中，用户直接安装系统就好了；
3）当Device Tree binding被定义，并且在DTBs使用之后，它就不能再改变，但可以扩展；
4）这意味着Device Tree binding是内核的二进制程序接口(ABI)，它需要same care；
5）但是内核开发者意识到了这个很难达到，并且会减慢驱动程序的集成：
    ARM Kernel Mini-submit discussions放松了这些限制；
    未来在Kernel Summit时会有additional discussion；

Basic guidelines for binding design:
1) A precise compatible string is better than a vague one.
2) Do not encode too much hardware details in the DT.