Linux驅動之裝置樹的基礎知識

山無言發表於2020-09-14
Linux

前期知識

  1. 如何編寫一個簡單的Linux驅動（一）——驅動的基本框架
  2. 如何編寫一個簡單的Linux驅動（二）——裝置操作集file_operations
  3. 如何編寫一個簡單的Linux驅動（三）——完善裝置驅動

前言

  在前面的文章中，我們只介紹瞭如何對驅動和裝置節點進行操作，並沒有涉及到對具體硬體裝置的操作。從本篇開始，將介紹對硬體裝置的操作。這裡，我們要引入一個新的概念——裝置樹。
  在學習Linux驅動時，我們一般會用到ARM開發板。ARM開發板的廠商有很多，我們熟知的有正點原子、迅為、友善之臂、天嵌等等。我們可以想象這樣一種場景，每家開發板廠商都自己開發板載裝置的驅動，即使使用同一款處理器，但每款板子的廠商對於板載硬體的定義是不相同的，為了板載硬體能夠正常工作，每家廠商都會根據自己的板載硬體來設計不同於其他廠商的驅動，並將其提交到ARM社群，ARM社群再將它們新增到Linux核心。顯然，隨著使用Linux的裝置越來越多，這些驅動就像是一層層的sh*t一樣，糊在Linux核心上，導致Linux核心越來越臃腫。
  在幾年前，ARM社群真的是這麼做的，這就惹惱了大神Linus，於是Linus就給ARM社群來了套素質N連。於是，ARM社群學習了PowerPC的模式，把裝置從核心中獨立出來，形成裝置樹。

1.什麼是裝置樹

  裝置樹是用來描述板級裝置的檔案，板子上所有的裝置資訊都彙集在這一個檔案中，如圖。

  系統匯流排是裝置樹的主幹；CAN控制器、GPIO控制器等是系統匯流排的分支；GPIOA、CAN1、IIC1是更進一步的分支；GPIOA1、AT24C02、MCP2515就是具體裝置。這樣將裝置按照類別組成一棵樹，就組成了一整棵裝置樹。我們可以在系統的"proc/device-tree"目錄下看到系統的裝置樹資訊。

2.DTS檔案和DTSI檔案

  裝置樹原始檔一般包括兩種，dts檔案和dtsi檔案，dtsi檔案是dts檔案的標頭檔案，此外，dts檔案還可以像C語言那樣包含.h格式的標頭檔案。就像下面這樣。

//這是一個dts檔案
/dts-v1/;	//這條語句必須有
#include "xxx.h"	//像C語言一樣包含.h標頭檔案
#include "xxxx.dtsi"	//包含dtsi標頭檔案
...
...

  需要注意的是，在dts檔案中，檔案開始處的/dts-v1/;語句是必備的。可以看到，dts檔案在包含標頭檔案方面和C語言十分相似，都使用#include。
  dtsi檔案一般用來描述較為通用的SOC級別的資訊，比如CPU資訊，外設控制器資訊、主頻資訊等等。而dts檔案則用來描述具象化的外設資訊，例如要把GPIOA1用作按鍵，就需要在dts檔案中進行描述。

3.裝置樹原始檔分析

3.1根節點和普通節點

  /{}; 是根節點，其他的node_name{}; 是普通節點。當某個結點在多個關聯檔案中都出現時，不會產生衝突，出現的後者會對前者作為補充；如果後者與前者有相同的屬性，則後者的屬性會覆蓋掉前者的屬性。
  比如：在dtsi標頭檔案中有對adc的描述

adc: adc@126C0000 {
               compatible = "samsung,exynos-adc-v1";
               reg = <0x126C0000 0x100>;
               interrupt-parent = <&combiner>;
               interrupts = <10 3>;
               clocks = <&clock CLK_TSADC>;
               clock-names = "adc";
               #io-channel-cells = <1>;
               io-channel-ranges;
               samsung,syscon-phandle = <&pmu_system_controller>;
               status = "disabled";	//adc不工作
};

  可以在dts檔案中對adc描述進行追加

&adc {
/*vdd-supply = <&ldo3_reg>;*/
status = "okay";	//覆蓋標頭檔案中的status，使能adc
};

3.2特殊的裝置節點

  1. aliases節點：用於儲存其他節點的別名。
  2. chosen節點：該節點並不是一個真的裝置，它的主要功能是幫助uboot向核心傳遞資料，最主要的引數是bootargs引數。

3.3裝置節點的命名

  裝置節點的命名方式有三種。

  1. node-name{}; ； node-name是結點名稱。
  2. node-name@unit-address{}; ：unit-address是裝置地址或暫存器首地址。
  3. label: node-name@unit-address{}; ：label是節點標籤，可以使用&label快捷地訪問節點。

3.4裝置樹節點的標準屬性

  1. 根節點的compatible屬性：用於標識裝置樹能否與Linux核心匹配，該屬性值的一半格式為"廠商，板子名稱"。
  2. 普通節點的compatible屬性：指相容性。該屬性值的一般格式為"廠商，裝置驅動名"。如果Linux核心中的匹配表中有與compatible屬性中的值相同的值，則該Linux核心可以使用該裝置驅動。當驅動的相容性資訊與裝置樹的compatible屬性匹配後，會執行驅動程式碼裡的probe函式。
  3. status屬性：標識裝置可用（“okay”）還是不可用（“disabled”）。當然也有其他的值。
  4. #address-cells和#size-cells屬性：用於標明該如何編寫reg屬性值。#address-cells用於標明reg屬性中address所佔字長數，size-cells用於標明length所佔的字長數。
  5. reg屬性：該屬性的格式一般為reg = <address,length, address,length,…>，address表示其實地址，length表示地址長度，一般用於記憶體中(也可以用於其他裝置)。例：
#address-cells = <2>;	//起始地址佔兩個字長
#size-cells = <1>;	//地址長度佔一個字長
reg = <0x400080,0x600040,0x4000>;	//表示0x400080和0x600040是起始地址，地址長度為0x4000

4. 驅動程式如何獲取裝置樹資訊

  Linux核心的"linux/of.h"檔案中提供了一系列以of開頭的函式，其中包含了可以獲取裝置樹資訊的函式。

5.DTS、DTB和DTC

  dts是裝置樹原始檔的一種格式，dtb是裝置樹檔案編譯後形成的二進位制檔案的格式，dtc是用來編譯裝置樹檔案的編譯工具。

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