Linux学习第14天：Linux设备树（一）：枝繁叶茂见晴天

        本节笔记主要学习了Linux设备树相关知识点，由于内容较多，打算分两天进行总结。今天着重学习Linux设备树，主要包括前三节内容，分别是概念、格式和语法。

        本节思维导图内容如下：

一、什么是设备树

        设备树可以用一个图来进行表示，如下：

        树的主干就是系统总线， IIC 控制器、 GPIO 控制器、 SPI 控制器等都是接
到系统主线上的分支。IIC 控制器有分为 IIC1 和 IIC2 两种，其中 IIC1 上接了 FT5206 和 AT24C02
这两个 IIC 设备， IIC2 上只接了 MPU6050 这个设备。 DTS 文件的主要功能就是按照图 43.1.1
所示的结构来描述板子上的设备信息。
        

        将这些描述板级硬件信息的内容都从 Linux 内中分离开来，用一个专属的文件格式来描述，这个专属的文
件就叫做设备树，文件扩展名为.dts。

        这个通用文件就是.dtsi 文件，类似于 C 语言中的头文件。

        一般.dts 描述板级信息(也就是开发板上有哪些 IIC 设备、 SPI 设备等)， .dtsi 描述 SOC 级信息(也就是 SOC 有
几个 CPU、主频是多少、各个外设控制器信息等)。

二、DTS、DTB和DTC

        DTS 是设备树源码文件， DTB 是将DTS 编译以后得到的二进制文件。

        将.c 文件编译为.o 需要用到 gcc 编译器；将.dts 编译为.dtb需要用到 DTC工具。

        如果要编译DTS文件，只需要在Linux源码根目录下，输入指令make all或 make dtbs.

        当选中 I.MX6ULL 这个 SOC 以后(CONFIG_SOC_IMX6ULL=y)，所有使用到I.MX6ULL 这个 SOC 的板子对应的.dts 文件都会被编译为.dtb。

三、DTS语法

1.dtsi头文件

        设备树的头文件扩展名为.dtsi。在 imx6ull-alientekemmc.dts 中有如下所示内容：

12 #include 
13 #include "imx6ull.dtsi"

        在.dts 设备树文件中，可以通过“ #include”来引用.h、 .dtsi 和.dts 文件。我们在编写设备树头文件的时候最好选择.dtsi 后
缀。
        一般.dtsi 文件用于描述 SOC 的内部外设信息，比如 CPU 架构、主频、外设寄存器地址范围，比如 UART、 IIC 等等。比如 imx6ull.dtsi 就是描述 I.MX6ULL 这颗 SOC 内部外设情况信息的，内容如下：

2.设备节点

        设备树是采用树形结构来描述板子上的设备信息的文件，每个设备都是一个节点，叫做设备节点，每个节点都通过一些属性信息来描述节点信息，属性就是键—值对。以下是从imx6ull.dtsi 文件中缩减出来的设备树文件内容：

1 / {
2 aliases {
3 can0 = &flexcan1;
4 };
5
6 cpus {
7 #address-cells = <1>;
8 #size-cells = <0>;
9
10 cpu0: cpu@0 {
11 compatible = "arm,cortex-a7";
12 device_type = "cpu";
13 reg = <0>;
14 };
15 };
16
17 intc: interrupt-controller@00a01000 {
18 compatible = "arm,cortex-a7-gic";
19 #interrupt-cells = <3>;
20 interrupt-controller;
21 reg = <0x00a01000 0x1000>,
22 <0x00a02000 0x100>;
23 };
24 }

        在设备树中节点命名格式如下：

node-name@unit-address

“ node-name”是节点名字。

“ unit-address”一般表示设备的地址或寄存器首地址，如果某个节点没有地址或者寄存器的话“ unit-address”可以不要，
        另外一种格式如下：

label: node-name@unit-address

        可以直接通过&label 来访问这个节点。

        每个节点都有不同属性，不同的属性又有不同的内容，属性都是键值对，值可以为空或任意的字节流。设备树源码中常用的几种数据形式有字符串、32位无符号数、字符串列表【字符串和字符串之间采用“ ,”隔开】。

3.标准属性

1）、compatible属性

        compatible 属性也叫做“兼容性”属性，字符串列表用于选择设备所要使用的驱动程序， compatible 属性的值格式如下所示：
       "manufacturer,model"

其中，manufacturer是厂家，model是模块对应的驱动名字。

       设备首先使用第一个兼容值在 Linux 内核里面查找，看看能不能找到与之匹配的驱动文件，如果没有找到的话就使用第二个兼容值查。

        一般驱动程序文件都会有一个 OF 匹配表，此 OF 匹配表保存着一些 compatible 值，如果设备节点的 compatible 属性值和 OF 匹配表中的任何一个值相等，那么就表示设备可以使用这个驱动。

2）、model属性

        model 属性描述设备模块信息。

3）、status属性

        status 属性看名字就知道是和设备状态有关的，如下：

值	描述
“ okay”	表明设备是可操作的。
“disabled”	表明设备当前是不可操作的，但是在未来可以变为可操作的，比如热插拔设备插入以后。至于 disabled 的具 体含义还要看设备的绑定文档。
“ fail”	表明设备不可操作，设备检测到了一系列的错误，而且设备也不大可能变得可操作。
“ fail-sss”	含义和“ fail”相同，后面的 sss 部分是检测到的错误内容。

                    

4）、#address_cells和#size_cells属性

        用于描述子节点的地址信息。一般 reg 属性都是和地址有关的内容，和地址相关的信息有两种：起始地址和地址长度，reg 属性的格式一为：
reg =
        每个“ address length”组合表示一个地址范围，其中 address 是起始地址， length 是地址长度， #address-cells 表明 address 这个数据所占用的字长， #size-cells 表明 length 这个数据所占用的字长。

5）、reg属性    

        reg 属性的值一般是(address， length)对。 reg 属性一般用于描述设备地址空间资源信息，一般都是某个外设的寄存器地址范围信息。

6）、range属性

        ranges属性值可以为空或者按照(child-bus-address,parent-bus-address,length)格式编写的数字矩阵， ranges 是一个地址映射/转换表， ranges 属性每个项目由子地址、父地址和地址空间长度这三部分组成：
child-bus-address：子总线地址空间的物理地址，由父节点的#address-cells 确定此物理地址所占用的字长。
parent-bus-address： 父总线地址空间的物理地址，同样由父节点的#address-cells 确定此物理地址所占用的字长。
length： 子地址空间的长度，由父节点的#size-cells 确定此地址长度所占用的字长。
如果 ranges 属性值为空值，说明子地址空间和父地址空间完全相同，不需要进行地址转换。

        对于I.MX6ULL 来说，子地址空间和父地址空间完全相同，因此会在 imx6ull.dtsi中找到大量的值为空的 ranges 属性，如下所示：

137 soc {
138 #address-cells = <1>;
139 #size-cells = <1>;
140 compatible = "simple-bus";
141 interrupt-parent = <&gpc>;
142 ranges;
......
1177 }

        不为空的实例代码为：

1 soc {
2 compatible = "simple-bus";
3 #address-cells = <1>;
4 #size-cells = <1>;
5 ranges = <0x0 0xe0000000 0x00100000>;
6
7 serial {
8 device_type = "serial";
9 compatible = "ns16550";
10 reg = <0x4600 0x100>;
11 clock-frequency = <0>;
12 interrupts = <0xA 0x8>;
13 interrupt-parent = <&ipic>;
14 };
15 };

        第 5 行，节点 soc 定义的 ranges 属性，值为<0x0 0xe0000000 0x00100000>，此属性值指定了一个 1024KB(0x00100000)的地址范围，子地址空间的物理起始地址为 0x0，父地址空间的物
理起始地址为 0xe0000000。

        第 10 行， serial 是串口设备节点， reg 属性定义了 serial 设备寄存器的起始地址为0x4600，寄存器长度为 0x100。经过地址转换， serial 设备可以从 0xe0004600 开始进行读写操作，0xe0004600=0x4600+0xe0000000。

7）、name属性

        已经弃用。

8）、device_type属性

        用于描述设备的 FCode，也已经弃用。

4.根节点compatible属性

        imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中根节点的 compatible 属性内容如下所示：

14 / {
15 model = "Freescale i.MX6 ULL 14x14 EVK Board";
16 compatible = "fsl,imx6ull-14x14-evk", "fsl,imx6ull";
......
148 }

        通过根节点的 compatible 属性可以知道我们所使用的设备，一般第一个值描述了所使用的硬件设备名字，比如这里使用的是“ imx6ull-14x14-evk”这个设备，第二个值描述了设备所使用的SOC，比如这里使用的是“ imx6ull”这颗 SOC。 Linux 内核会通过根节点的 compoatible 属性查看是否支持此设备，如果支持的话设备就会启动 Linux 内核。

1）、使用设备树之前设备匹配方法

        machine id进行比对匹配。

2）、使用设备树之后设备匹配方法

        用下图可以清晰的标识Linux内核通过根节点compatible属性找到对应设备的函数调用过程。

5.向节点追加或修改内容

        开发板使用的设备树文件为 imx6ull-alientek-emmc.dts，因此我们需要在imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中完成数据追加的内容，方式如下：

1 &i2c1 {
2 /* 要追加或修改的内容 */
3 };

        打开 imx6ull-alientek-emmc.dts，找到如下所示内容：

224 &i2c1 {
225 clock-frequency = <100000>;
226 pinctrl-names = "default";
227 pinctrl-0 = <&pinctrl_i2c1>;
228 status = "okay";
229
230 mag3110@0e {
231 compatible = "fsl,mag3110";
232 reg = <0x0e>;
233 position = <2>;
234 };
235
236 fxls8471@1e {
237 compatible = "fsl,fxls8471";
238 reg = <0x1e>;
239 position = <0>;
240 interrupt-parent = <&gpio5>;
241 interrupts = <0 8>;
242 };

        向节点追加或修改内容，重点就是通过&label 来访问节点，然后直接在里面编写要追加或者修改的内容。

四、总结

        本笔记主要学习了Linux设备树最基本的概念，主要学习了设备树的概念，DTS、DTB和DTC的区别以及设备树相关的语法知识。

---

Linux版本号4.1.15   芯片I.MX6ULL

本文为参考正点原子开发板配套教程整理而得，仅用于学习交流使用，不得用于商业用途。