DTS设备树学习（二）

一、前言
简单的说，如果要使用Device Tree，首先用户要了解自己的硬件配置和系统运行参数，并把这些信息组织成Device Tree source file。通过DTC（Device Tree Compiler），可以将这些适合人类阅读的Device Tree source file变成适合机器处理的Device Tree binary file（有一个更好听的名字，DTB，device tree blob）。在系统启动的时候，boot program（例如：firmware、bootloader）可以将保存在flash中的DTB copy到内存（当然也可以通过其他方式，例如可以通过bootloader的交互式命令加载DTB，组织成DTB保存在内存中），并把DTB的起始地址传递给client program（例如OS kernel，bootloader或者其他特殊功能的程序）。对于计算机系统（computer system），一般是firmware->bootloader->OS，对于嵌入式系统，一般是bootloader->OS。

二、设备树的组成和应用
2.1 DTS和DTSI

.dts文件是一种ASCII文本对Device Tree的描述，放置在内核的/arch/arm/boot/dts目录。一般而言，一个.dts文件对应一个ARM的machine。

.dtsi文件作用：由于一个SOC可能有多个不同的电路板，而每个电路板拥有一个 .dts。这些dts势必会存在许多共同部分，为了减少代码的冗余，设备树将这些共同部分提炼保存在.dtsi文件中，供不同的dts共同使用。.dtsi的使用方法，类似于C语言的头文件，在dts文件中需要进行include *.dtsi文件。当然，dtsi本身也支持include 另一个dtsi文件。

2.2. DTC

DTC为编译工具，它可以将.dts文件编译成.dtb文件。DTC的源码位于内核的scripts/dtc目录，内核选中CONFIG_OF，编译内核的时候，主机可执行程序DTC就会被编译出来。 即scripts/dtc/Makefile中

hostprogs-y := dtc

always := $(hostprogs-y)

在内核的arch/arm/boot/dts/Makefile中，若选中某种SOC，则与其对应相关的所有dtb文件都将编译出来。在linux下，make dtbs可单独编译dtb。以下截取了S5PV210平台的一部分。

888行是我自己添加的一个设备树文件

2.3. DTB

DTC编译*.dts生成的二进制文件(.dtb)，bootloader在引导内核时，会预先读取.dtb到内存，进而由内核解析。

2.4. Bootloader

Bootloader需要将设备树在内存中的地址传给内核。在ARM中通过bootm或bootz命令来进行传递。bootm [kernel_addr] [initrd_address] [dtb_address]，其中kernel_addr为内核镜像的地址，initrd为initrd的地址，dtb_address为dtb所在的地址。若initrd_address为空，则用“-”来代替。

三、设备树中dts、dtsi文件的基本语法
DTS的基本语法范例，如图所示。

它包括一系列节点，以及描述节点的属性。

“/”为root节点。在一个.dts文件中，有且仅有一个root节点；在root节点下有“node1”，“node2”子节点，称root为“node1”和“node2”的parent节点，除了root节点外，每个节点有且仅有一个parent；其中子节点node1下还存在子节点“child-nodel1”和“child-node2”。

注：如果看过内核/arch/arm/boot/dts目录的读者看到这可能有一个疑问。在每个.dsti和.dts中都会存在一个“/”根节点，那么如果在一个设备树文件中include一个.dtsi文件，那么岂不是存在多个“/”根节点了么。其实不然，编译器DTC在对.dts进行编译生成dtb时，会对node进行合并操作，最终生成的dtb只有一个root node。Dtc会进行合并操作这一点从属性上也可以得到验证。这个后面分析。

在节点的{}里面是描述该节点的属性（property），即设备的特性。它的值是多样化的：

1.它可以是字符串string，如model = “YIC System SMDKV210 based on S5PV210”；

也可能是字符串数组string-list，如compatible = “yic,smdkv210”, “samsung,s5pv210”;

2.它也可以是32 bit unsigned integers，整形用<>表示， reg = <0x30000000 0x20000000>;

3.它也可以是binary data，十六进制用[]表示，local-mac-address = [00 00 de ad be ef];

4.它也可能是空，empty_property;

为了了解Device Tree的结构，我们首先给出一个Device Tree的示例：

/dts-v1/;
#include
#include “s5pv210.dtsi”

/ {
model = “YIC System SMDKV210 based on S5PV210”;
compatible = “yic,smdkv210”, “samsung,s5pv210”;

chosen {
    bootargs = "console=ttySAC2,115200n8 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.101:/home/run/work/rootfs/rootfs_3.16.57 ip=192.1    68.0.20 init=/linuxrci earlyprintk";
};  

memory@30000000 {
    device_type = "memory";
    reg = <0x30000000 0x20000000>;
};  

ethernet@88000000 {
compatible = “davicom,dm9000”;
reg = <0x88000000 0x2 0x88000004 0x2>;
interrupt-parent = <&gph1>;
interrupts = <2 4>;
local-mac-address = [00 00 de ad be ef];
davicom,no-eeprom;
clocks = <&clocks CLK_SROMC>;
clock-names = “sromc”;
};

key {
    empty_property;
}

};

四、Device Tree source file语法介绍
1.dts文件的基本组成单元为：

[label:] node-name[@unit-address] {
[properties definitions] //就是属性定义，对当前节点描述，将硬件信息提供给内核处理
[child nodes] //子节点
}
“[]”表示option，因此可以定义一个只有node name的空节点。如下：

key {

};
label方便在dts文件中引用，具体后面会描述。

@unit-address通常用区分名字相同的外设备，比如有两块内存。

memory@30000000 {
device_type = “memory”;
reg = <0x30000000 0x20000000>;
};

memory@50000000 {
device_type = “memory”;
reg = <0x50000000 0x20000000>;
};
这样，在同一级别，就能通过节点名字区别不同设备。（不同级别设备节点是可以相同的，如下节点是可以的）

AAAAA {
device_type = “AAAAA”;
reg = <0x50000000 1>;

    AAAAA {
        device_type = "AAAAA";
        reg = <0x60000000 1>;
    };
};

child node的格式和node是完全一样的，因此，一个dts文件中就是若干嵌套组成的node，property以及child note、child note property描述。

我们先以上面实例中的一部分为例来分析：

/dts-v1/;
#include
#include “s5pv210.dtsi”

/ {
model = “YIC System SMDKV210 based on S5PV210”;
compatible = “yic,smdkv210”, “samsung,s5pv210”;

chosen {
    bootargs = "console=ttySAC2,115200n8 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.101:/home/run/work/rootfs/rootfs_3.16.57 ip=192.168.0.20 init=/linuxrci earlyprintk";
};  

memory@30000000 {
    device_type = "memory";
    reg = <0x30000000 0x20000000>;
};  

};
device tree顾名思义是一个树状的结构，既然是树，必然有根。

“/”是根节点的node name。

“{”和“}”之间的内容是该节点的具体的定义，其内容包括各种属性的定义以及child node的定义。

chosen和memory都是sub node，sub node的结构和root node是完全一样的，因此，sub node也有自己的属性和它自己的sub node，最终形成了一个树状的device tree。

说到属性中的<>代表的值，这里引入Arrays of cells的概念：cell表示由尖括号分隔的32位无符号整数

举例

/* example 1 */
interrupt = <17 0x0c>;

/* example 2,表示一个64位数据 */
clock-frequency = <0x00000001 0x00000000>;

/* example 3,A null-terminated string (有结束符的字符串) */
compatible = “simple-bus”;

/* example 4,A bytestring(字节序列) */
local-mac-address = [00 00 12 34 56 78];  // 每个byte使用2个16进制数来表示
local-mac-address = [000012345678];       // 每个byte使用2个16进制数来表示

chosen node主要用来描述由系统firmware指定的runtime parameter。如果存在chosen这个node，其parent node必须是名字是“/”的根节点。原来通过tag list传递的一些linux kernel的运行时参数可以通过Device Tree传递。例如command line可以通过bootargs这个property这个属性传递；initrd的开始地址也可以通过linux,initrd-start这个property这个属性传递。在本例中，chosen节点包含了bootargsbootargs的属性。

chosen {
bootargs = “console=ttySAC2,115200n8 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.101:/home/run/work/rootfs/rootfs_3.16.57 ip=192.168.0.20 init=/linuxrci earlyprintk”;
};
通过该command line可以控制内核从net启动，当然，具体项目要相应修改command line以便适应不同的需求。我们知道，device tree用于HW platform识别，runtime parameter传递以及硬件设备描述。chosen节点并没有描述任何硬件设备节点的信息，它只是传递了runtime parameter。

memory device node是所有设备树文件的必备节点，它定义了系统物理内存的layout。device_type属性定义了该node的设备类型，例如cpu、serial等。对于memory node，其device_type必须等于memory。reg属性定义了访问该device node的地址信息。对于device node，reg描述了memory-mapped IO register的offset和length。对于memory node，定义了该memory的起始地址和长度。

当然memory也可以通过command line来传递.

chosen {
bootargs = “console=ttySAC2,115200n8 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.101:/home/run/work/rootfs/rootfs_3.16.57
ip=192.168.0.20 init=/linuxrci earlyprintk mem=512M@30000000”;
};

在dts文件中，对于properties，有一些常用的、默认的、特殊的属性，定义如下：

model
        设备制造商的描述，如果有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
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 。一般"供应商，产品"。
reg             
        描述设备资源在其父总线定义的地址空间中的地址。通常这意味着内存映射IO寄存器块的偏移量和长度，但在某些总线类型上可能有不同的含义。根节点定义的地址空间中的地址是CPU实际地址。
#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整数来描述地址长度(size)
phandle
      节点中的phandle属性, 它的取值必须是唯一的(不要跟其他的phandle值一样)，使用phandle值来引用节点
bootargs
      内核command line参数, 跟u-boot中设置的bootargs作用一样 
cpus

/cpus节点下面有1个或多个cpu子节点，cpu子节点用reg属性来表明自己是那个cpu。

下面对上面属性的常见用法做举例分析：

model:

model = “YIC System SMDKV210 based on S5PV210”;
compatible：

对于根节点，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 。通常格式为，","，manufacturer表示供应商，model字符串代表了与该设备兼容的其他设备

compatible = “yic,smdkv210”, “samsung,s5pv210”;
该属性的值是string list，定义了一系列的modle（每个string是一个model）。这些字符串列表被操作系统用来选择用哪一个driver来驱动该设备。假设定义该属性： compatible = “yic,smdkv210”, “samsung,s5pv210”；那么操作操作系统可能首先使用 "yic,smdkv210"来匹配适合的driver，如果没有匹配到，那么使用字符串"samsung,s5pv210"来继续寻找适合的driver。对于root node，compatible属性是用来匹配machine type的（在device tree代码分析文章中会给出更细致的描述）。

下面给出代码中对应的匹配值。

#address-cells

#size-cells

reg

注：“cells”是由尖括号分隔的32位无符号整数：cell-property = <0xbeef 123 0xabcd1234>

下面表示32位系统中，1个512M内存的分布。

/ {

......

#address-cells = <1>; 
#size-cells = <1>; 
memory@30000000 {
    device_type = "memory";
    reg = <0x30000000 0x20000000>;
};

};

下面表示32位系统中，2个512M内存的分布。

/ {

......

#address-cells = <1>; 
#size-cells = <1>; 
memory@30000000 {
    device_type = "memory";
    reg = <0x30000000 0x20000000
           0x70000000 0x20000000>;
};

};

如果我们的CPU是64位的，2G的内怎么描述呢？

/ {

......

#address-cells = <2>; 
#size-cells = <2>; 
memory@100000000 {
    device_type = "memory";
    reg = <0x00000001 0x0 0x0 0x80000000>;
};

};
如果不指定#address-cells和#size-cells   的大小，那么系统会认为只是两块32位内存还是1块64位内存呢？

总结：可编址的设备使用下列属性来将地址信息编码进设备树：

reg

#address-cells

#size-cells

每个可寻址的设备有一个reg属性，即以下面形式表示的元组列表：

reg =

每个元组,。每个地址值由一个或多个32位整数列表组成，被称做cells。同样地，长度值可以是cells列表，也可以为空。

既然address和length字段是大小可变的变量，父节点的#address-cells和#size-cells属性用来说明各个子节点有多少个cells。换句话说，正确解释一个子节点的reg属性需要父节点的#address-cells和#size-cells值。

每个地址值是1 cell (32位) ，并且每个的长度值也为1 cell，这在32位系统中是非常典型的。64位计算机可以在设备树中使用2作为#address-cells和#size-cells的值来实现64位寻址。

当然，在特殊情况下，是不需要长度的，即为0。如下，CPU个数是一个整数，没有宽度的。

cpus {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;

    cpu@0 {
        device_type = "cpu";
        compatible = "arm,cortex-a8";
        reg = <0>;
    };  
};  

bootargs：

内核command line参数, 跟u-boot中设置的bootargs作用一样。

cpus:

cpus节点下面有1个或多个cpu子节点，cpu子节点用reg属性来表明自己是那个cpu。所以cpus中有两个属性。

cpus {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;

    cpu@0 {
        device_type = "cpu";
        compatible = "arm,cortex-a8";
        reg = <0>;
    };  
};  

cpu的格式基本都是固定格式。缺一不可。

多核的通常会设置cpu的频率，

cpus {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;

    cpu0: cpu@0 {
        device_type = "cpu";
        compatible = "arm,cortex-a15";
        reg = <0x0>;
        clock-frequency = <1600000000>;
    };  

    cpu1: cpu@1 {
        device_type = "cpu";
        compatible = "arm,cortex-a15";
        reg = <0x1>;
        clock-frequency = <1600000000>;
    };  

    cpu2: cpu@2 {
        device_type = "cpu";
        compatible = "arm,cortex-a15";
        reg = <0x2>;
        clock-frequency = <1600000000>;
    };  

    cpu3: cpu@3 {
        device_type = "cpu";
        compatible = "arm,cortex-a15";
        reg = <0x3>;
        clock-frequency = <1600000000>;
    };
};

device_type:

搜索了arch/arm/boot/dts下面的所有device_type，发现只有这几种选项。

在dts文件中，引用其他节点：

1）phandle方式引用：

pic@10000000 {
phandle = <1>;
interrupt-controller;
};
another-device-node {
interrupt-parent = <1>; // 使用phandle值为1来引用上述节点
};
这种方式要自己确认，在设备树文件中phandle = <1>这个常量只能取值一次。

2）label 方式引用

节点格式

[label:] node-name[@unit-address] {
[properties definitions] //就是属性定义，对当前节点描述，将硬件信息提供给内核处理
[child nodes] //子节点
}

PIC: pic@10000000 {
interrupt-controller;
};
another-device-node {
interrupt-parent = <&PIC>; // 使用label来引用上述节点,
// 使用lable时实际上也是使用phandle来引用,
// 在编译dts文件为dtb文件时, 编译器dtc会在dtb中插入phandle属性
};
这里的label方式其实原理和phandle方式是一样的，只不过lable对于我们使用来说更好辨认。dtc在编译的时候会在使用label的节点中增加一个phandle的属性，增加一个唯一的value，并把使用它的位置替换为该value。

覆盖规则：

同一层次的节点，后面的会覆盖前面的节点。

memory@30000000 {
    device_type = "memory";
    reg = <0x30000000 0x20000000>;
};  
memory@30000000 {
    reg = <0x30000000 0x10000000>;
};  

上面这种情况和dtsi里一个dts文件里一个是相同的效果。

编译

make dtbs CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi-
反编译

dtc -I dtb -O dts -o tmp.dts s5pv210-x210.dtb
查看tmp.dts文件

memory@30000000 {
    device_type = "memory";
    reg = <0x30000000 0x10000000>;
};   

确认已经替换。

直接引用方式覆盖（增加）节点属性：

假设下面节点定义在dtsi文件中

xusbxti: oscillator@1 {
compatible = “fixed-clock”;
reg = <1>;
clock-frequency = <0>;
clock-output-names = “xusbxti”;
#clock-cells = <0>;
};
某个dis文件包含了该dtsi文件，并定义了如下内容

&xusbxti {
clock-frequency = <24000000>;
};

反编译后的clock-frequency值为0x16e33600也即为替换后的新值24000000

这里要特别注意一点：

直接覆盖方式引用时，新的覆盖要放在根节点外面即，刚才的例子要按照这种方式替换clock-frequency属性。

/ {

};

&xusbxti {
clock-frequency = <24000000>;
};
 
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