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ARM Linux 3.x的设备树（Device Tree）

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http://blog.csdn.net/21cnbao/article/details/8457546

宋宝华 Barry Song <21cnbao@gmail.com>

1.    ARM Device Tree起源

Linus Torvalds在2011年3月17日的ARM Linux邮件列表宣称“this whole ARM thing is a f*cking pain in the ass”，引发ARM Linux社区的地震，随后ARM社区进行了一系列的重大修正。在过去的ARM Linux中，arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx中充斥着大量的垃圾代码，相当多数的代码只是在描述板级细节，而这些板级细节对于内核来讲，不过是垃圾，如板上的platform设备、resource、i2c_board_info、spi_board_info以及各种硬件的platform_data。读者有兴趣可以统计下常见的s3c2410、s3c6410等板级目录，代码量在数万行。
社区必须改变这种局面，于是PowerPC等其他体系架构下已经使用的Flattened Device Tree（FDT）进入ARM社区的视野。Device Tree是一种描述硬件的数据结构，它起源于 OpenFirmware (OF)。在Linux 2.6中，ARM架构的板极硬件细节过多地被硬编码在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx，采用Device Tree后，许多硬件的细节可以直接透过它传递给Linux，而不再需要在kernel中进行大量的冗余编码。
Device Tree由一系列被命名的结点（node）和属性（property）组成，而结点本身可包含子结点。所谓属性，其实就是成对出现的name和value。在Device Tree中，可描述的信息包括（原先这些信息大多被hard code到kernel中）：

  • CPU的数量和类别
  • 内存基地址和大小
  • 总线和桥
  • 外设连接
  • 中断控制器和中断使用情况
  • GPIO控制器和GPIO使用情况
  • Clock控制器和Clock使用情况

它基本上就是画一棵电路板上CPU、总线、设备组成的树，Bootloader会将这棵树传递给内核，然后内核可以识别这棵树，并根据它展开出Linux内核中的platform_device、i2c_client、spi_device等设备，而这些设备用到的内存、IRQ等资源，也被传递给了内核，内核会将这些资源绑定给展开的相应的设备。

2.    Device Tree组成和结构

整个Device Tree牵涉面比较广，即增加了新的用于描述设备硬件信息的文本格式，又增加了编译这一文本的工具，同时Bootloader也需要支持将编译后的Device Tree传递给Linux内核。

DTS (device tree source)

.dts文件是一种ASCII 文本格式的Device Tree描述，此文本格式非常人性化，适合人类的阅读习惯。基本上，在ARM Linux在，一个.dts文件对应一个ARM的machine，一般放置在内核的arch/arm/boot/dts/目录。由于一个SoC可能对应多个machine（一个SoC可以对应多个产品和电路板），势必这些.dts文件需包含许多共同的部分，Linux内核为了简化，把SoC公用的部分或者多个machine共同的部分一般提炼为.dtsi，类似于C语言的头文件。其他的machine对应的.dts就include这个.dtsi。譬如，对于VEXPRESS而言，vexpress-v2m.dtsi就被vexpress-v2p-ca9.dts所引用， vexpress-v2p-ca9.dts有如下一行：
/include/ "vexpress-v2m.dtsi"
当然，和C语言的头文件类似，.dtsi也可以include其他的.dtsi，譬如几乎所有的ARM SoC的.dtsi都引用了skeleton.dtsi。
.dts（或者其include的.dtsi）基本元素即为前文所述的结点和属性：

  1. / {
  2. node1 {
  3. a-string-property = "A string";
  4. a-string-list-property = "first string", "second string";
  5. a-byte-data-property = [0x01 0x23 0x34 0x56];
  6. child-node1 {
  7. first-child-property;
  8. second-child-property = <1>;
  9. a-string-property = "Hello, world";
  10. };
  11. child-node2 {
  12. };
  13. };
  14. node2 {
  15. an-empty-property;
  16. a-cell-property = <1 2 3 4>; /* each number (cell) is a uint32 */
  17. child-node1 {
  18. };
  19. };
  20. };

上述.dts文件并没有什么真实的用途，但它基本表征了一个Device Tree源文件的结构：
1个root结点"/"；
root结点下面含一系列子结点，本例中为"node1" 和 "node2"；
结点"node1"下又含有一系列子结点，本例中为"child-node1" 和 "child-node2"；
各结点都有一系列属性。这些属性可能为空，如" an-empty-property"；可能为字符串，如"a-string-property"；可能为字符串数组，如"a-string-list-property"；可能为Cells（由u32整数组成），如"second-child-property"，可能为二进制数，如"a-byte-data-property"。
下面以一个最简单的machine为例来看如何写一个.dts文件。假设此machine的配置如下：
1个双核ARM Cortex-A9 32位处理器；
ARM的local bus上的内存映射区域分布了2个串口（分别位于0x101F1000 和 0x101F2000）、GPIO控制器（位于0x101F3000）、SPI控制器（位于0x10170000）、中断控制器（位于0x10140000）和一个external bus桥；
External bus桥上又连接了SMC SMC91111 Ethernet（位于0x10100000）、I2C控制器（位于0x10160000）、64MB NOR Flash（位于0x30000000）；
External bus桥上连接的I2C控制器所对应的I2C总线上又连接了Maxim DS1338实时钟（I2C地址为0x58）。
其对应的.dts文件为：

  1. / {
  2. compatible = "acme,coyotes-revenge";
  3. #address-cells = <1>;
  4. #size-cells = <1>;
  5. interrupt-parent = <&intc>;
  6. cpus {
  7. #address-cells = <1>;
  8. #size-cells = <0>;
  9. cpu@0 {
  10. compatible = "arm,cortex-a9";
  11. reg = <0>;
  12. };
  13. cpu@1 {
  14. compatible = "arm,cortex-a9";
  15. reg = <1>;
  16. };
  17. };
  18. serial@101f0000 {
  19. compatible = "arm,pl011";
  20. reg = <0x101f0000 0x1000 >;
  21. interrupts = < 1 0 >;
  22. };
  23. serial@101f2000 {
  24. compatible = "arm,pl011";
  25. reg = <0x101f2000 0x1000 >;
  26. interrupts = < 2 0 >;
  27. };
  28. gpio@101f3000 {
  29. compatible = "arm,pl061";
  30. reg = <0x101f3000 0x1000
  31. 0x101f4000 0x0010>;
  32. interrupts = < 3 0 >;
  33. };
  34. intc: interrupt-controller@10140000 {
  35. compatible = "arm,pl190";
  36. reg = <0x10140000 0x1000 >;
  37. interrupt-controller;
  38. #interrupt-cells = <2>;
  39. };
  40. spi@10115000 {
  41. compatible = "arm,pl022";
  42. reg = <0x10115000 0x1000 >;
  43. interrupts = < 4 0 >;
  44. };
  45. external-bus {
  46. #address-cells = <2>
  47. #size-cells = <1>;
  48. ranges = <0 0  0x10100000   0x10000     // Chipselect 1, Ethernet
  49. 1 0  0x10160000   0x10000     // Chipselect 2, i2c controller
  50. 2 0  0x30000000   0x1000000>; // Chipselect 3, NOR Flash
  51. ethernet@0,0 {
  52. compatible = "smc,smc91c111";
  53. reg = <0 0 0x1000>;
  54. interrupts = < 5 2 >;
  55. };
  56. i2c@1,0 {
  57. compatible = "acme,a1234-i2c-bus";
  58. #address-cells = <1>;
  59. #size-cells = <0>;
  60. reg = <1 0 0x1000>;
  61. interrupts = < 6 2 >;
  62. rtc@58 {
  63. compatible = "maxim,ds1338";
  64. reg = <58>;
  65. interrupts = < 7 3 >;
  66. };
  67. };
  68. flash@2,0 {
  69. compatible = "samsung,k8f1315ebm", "cfi-flash";
  70. reg = <2 0 0x4000000>;
  71. };
  72. };
  73. };

上述.dts文件中,root结点"/"的compatible 属性compatible = "acme,coyotes-revenge";定义了系统的名称，它的组织形式为：<manufacturer>,<model>。Linux内核透过root结点"/"的compatible 属性即可判断它启动的是什么machine。
在.dts文件的每个设备，都有一个compatible 属性，compatible属性用户驱动和设备的绑定。compatible 属性是一个字符串的列表，列表中的第一个字符串表征了结点代表的确切设备，形式为"<manufacturer>,<model>"，其后的字符串表征可兼容的其他设备。可以说前面的是特指，后面的则涵盖更广的范围。如在arch/arm/boot/dts/vexpress-v2m.dtsi中的Flash结点：

  1. flash@0,00000000 {
  2. compatible = "arm,vexpress-flash", "cfi-flash";
  3. reg = <0 0x00000000 0x04000000>,
  4. <1 0x00000000 0x04000000>;
  5. bank-width = <4>;
  6. };

compatible属性的第2个字符串"cfi-flash"明显比第1个字符串"arm,vexpress-flash"涵盖的范围更广。
再比如，Freescale MPC8349 SoC含一个串口设备，它实现了国家半导体（National Semiconductor）的ns16550 寄存器接口。则MPC8349串口设备的compatible属性为compatible = "fsl,mpc8349-uart", "ns16550"。其中，fsl,mpc8349-uart指代了确切的设备， ns16550代表该设备与National Semiconductor 的16550 UART保持了寄存器兼容。
接下来root结点"/"的cpus子结点下面又包含2个cpu子结点，描述了此machine上的2个CPU，并且二者的compatible 属性为"arm,cortex-a9"。
注意cpus和cpus的2个cpu子结点的命名，它们遵循的组织形式为：<name>[@<unit-address>]，<>中的内容是必选项，[]中的则为可选项。name是一个ASCII字符串，用于描述结点对应的设备类型，如3com Ethernet适配器对应的结点name宜为ethernet，而不是3com509。如果一个结点描述的设备有地址，则应该给出@unit-address。多个相同类型设备结点的name可以一样，只要unit-address不同即可，如本例中含有cpu@0、cpu@1以及serial@101f0000与serial@101f2000这样的同名结点。设备的unit-address地址也经常在其对应结点的reg属性中给出。ePAPR标准给出了结点命名的规范。
可寻址的设备使用如下信息来在Device Tree中编码地址信息：

  • reg
  • #address-cells
  • #size-cells

其中reg的组织形式为reg = <address1 length1 [address2 length2] [address3 length3] ... >，其中的每一组address length表明了设备使用的一个地址范围。address为1个或多个32位的整型（即cell），而length则为cell的列表或者为空（若#size-cells = 0）。address 和 length 字段是可变长的，父结点的#address-cells和#size-cells分别决定了子结点的reg属性的address和length字段的长度。在本例中，root结点的#address-cells = <1>;和#size-cells = <1>;决定了serial、gpio、spi等结点的address和length字段的长度分别为1。cpus 结点的#address-cells = <1>;和#size-cells = <0>;决定了2个cpu子结点的address为1，而length为空，于是形成了2个cpu的reg = <0>;和reg = <1>;。external-bus结点的#address-cells = <2>和#size-cells = <1>;决定了其下的ethernet、i2c、flash的reg字段形如reg = <0 0 0x1000>;、reg = <1 0 0x1000>;和reg = <2 0 0x4000000>;。其中，address字段长度为0，开始的第一个cell（0、1、2）是对应的片选，第2个cell（0，0，0）是相对该片选的基地址，第3个cell（0x1000、0x1000、0x4000000）为length。特别要留意的是i2c结点中定义的 #address-cells = <1>;和#size-cells = <0>;又作用到了I2C总线上连接的RTC，它的address字段为0x58，是设备的I2C地址。
root结点的子结点描述的是CPU的视图，因此root子结点的address区域就直接位于CPU的memory区域。但是，经过总线桥后的address往往需要经过转换才能对应的CPU的memory映射。external-bus的ranges属性定义了经过external-bus桥后的地址范围如何映射到CPU的memory区域。

  1. ranges = <0 0  0x10100000   0x10000     // Chipselect 1, Ethernet
  2. 1 0  0x10160000   0x10000     // Chipselect 2, i2c controller
  3. 2 0  0x30000000   0x1000000>; // Chipselect 3, NOR Flash

ranges是地址转换表，其中的每个项目是一个子地址、父地址以及在子地址空间的大小的映射。映射表中的子地址、父地址分别采用子地址空间的#address-cells和父地址空间的#address-cells大小。对于本例而言，子地址空间的#address-cells为2，父地址空间的#address-cells值为1，因此0 0  0x10100000   0x10000的前2个cell为external-bus后片选0上偏移0，第3个cell表示external-bus后片选0上偏移0的地址空间被映射到CPU的0x10100000位置，第4个cell表示映射的大小为0x10000。ranges的后面2个项目的含义可以类推。
Device Tree中还可以中断连接信息，对于中断控制器而言，它提供如下属性：
interrupt-controller – 这个属性为空，中断控制器应该加上此属性表明自己的身份；
#interrupt-cells – 与#address-cells 和 #size-cells相似，它表明连接此中断控制器的设备的interrupts属性的cell大小。
在整个Device Tree中，与中断相关的属性还包括：
interrupt-parent – 设备结点透过它来指定它所依附的中断控制器的phandle，当结点没有指定interrupt-parent 时，则从父级结点继承。对于本例而言，root结点指定了interrupt-parent = <&intc>;其对应于intc: interrupt-controller@10140000，而root结点的子结点并未指定interrupt-parent，因此它们都继承了intc，即位于0x10140000的中断控制器。
interrupts – 用到了中断的设备结点透过它指定中断号、触发方法等，具体这个属性含有多少个cell，由它依附的中断控制器结点的#interrupt-cells属性决定。而具体每个cell又是什么含义，一般由驱动的实现决定，而且也会在Device Tree的binding文档中说明。譬如，对于ARM GIC中断控制器而言，#interrupt-cells为3，它3个cell的具体含义Documentation/devicetree/bindings/arm/gic.txt就有如下文字说明：

  1. 01   The 1st cell is the interrupt type; 0 for SPI interrupts, 1 for PPI
  2. 02   interrupts.
  3. 03
  4. 04   The 2nd cell contains the interrupt number for the interrupt type.
  5. 05   SPI interrupts are in the range [0-987].  PPI interrupts are in the
  6. 06   range [0-15].
  7. 07
  8. 08   The 3rd cell is the flags, encoded as follows:
  9. 09         bits[3:0] trigger type and level flags.
  10. 10                 1 = low-to-high edge triggered
  11. 11                 2 = high-to-low edge triggered
  12. 12                 4 = active high level-sensitive
  13. 13                 8 = active low level-sensitive
  14. 14         bits[15:8] PPI interrupt cpu mask.  Each bit corresponds to each of
  15. 15         the 8 possible cpus attached to the GIC.  A bit set to '1' indicated
  16. 16         the interrupt is wired to that CPU.  Only valid for PPI interrupts.

另外，值得注意的是，一个设备还可能用到多个中断号。对于ARM GIC而言，若某设备使用了SPI的168、169号2个中断，而言都是高电平触发，则该设备结点的interrupts属性可定义为：interrupts = <0 168 4>, <0 169 4>;
除了中断以外，在ARM Linux中clock、GPIO、pinmux都可以透过.dts中的结点和属性进行描述。

DTC (device tree compiler)

将.dts编译为.dtb的工具。DTC的源代码位于内核的scripts/dtc目录，在Linux内核使能了Device Tree的情况下，编译内核的时候主机工具dtc会被编译出来，对应scripts/dtc/Makefile中的“hostprogs-y := dtc”这一hostprogs编译target。
在Linux内核的arch/arm/boot/dts/Makefile中，描述了当某种SoC被选中后，哪些.dtb文件会被编译出来，如与VEXPRESS对应的.dtb包括：

  1. dtb-$(CONFIG_ARCH_VEXPRESS) += vexpress-v2p-ca5s.dtb \
  2. vexpress-v2p-ca9.dtb \
  3. vexpress-v2p-ca15-tc1.dtb \
  4. vexpress-v2p-ca15_a7.dtb \
  5. xenvm-4.2.dtb

在Linux下，我们可以单独编译Device Tree文件。当我们在Linux内核下运行make dtbs时，若我们之前选择了ARCH_VEXPRESS，上述.dtb都会由对应的.dts编译出来。因为arch/arm/Makefile中含有一个dtbs编译target项目。

Device Tree Blob (.dtb)

.dtb是.dts被DTC编译后的二进制格式的Device Tree描述，可由Linux内核解析。通常在我们为电路板制作NAND、SD启动image时，会为.dtb文件单独留下一个很小的区域以存放之，之后bootloader在引导kernel的过程中，会先读取该.dtb到内存。

Binding

对于Device Tree中的结点和属性具体是如何来描述设备的硬件细节的，一般需要文档来进行讲解，文档的后缀名一般为.txt。这些文档位于内核的Documentation/devicetree/bindings目录，其下又分为很多子目录。

Bootloader

Uboot mainline 从 v1.1.3开始支持Device Tree，其对ARM的支持则是和ARM内核支持Device Tree同期完成。
为了使能Device Tree，需要编译Uboot的时候在config文件中加入
#define CONFIG_OF_LIBFDT 
在Uboot中，可以从NAND、SD或者TFTP等任意介质将.dtb读入内存，假设.dtb放入的内存地址为0x71000000，之后可在Uboot运行命令fdt addr命令设置.dtb的地址，如：
U-Boot> fdt addr 0x71000000
fdt的其他命令就变地可以使用，如fdt resize、fdt print等。
对于ARM来讲，可以透过bootz kernel_addr initrd_address dtb_address的命令来启动内核，即dtb_address作为bootz或者bootm的最后一次参数，第一个参数为内核映像的地址，第二个参数为initrd的地址，若不存在initrd，可以用 -代替。

3.    Device Tree引发的BSP和驱动变更

有了Device Tree后，大量的板级信息都不再需要，譬如过去经常在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx实施的如下事情：
1.    注册platform_device，绑定resource，即内存、IRQ等板级信息。

透过Device Tree后，形如

  1. 90 static struct resource xxx_resources[] = {
  2. 91         [0] = {
  3. 92                 .start  = …,
  4. 93                 .end    = …,
  5. 94                 .flags  = IORESOURCE_MEM,
  6. 95         },
  7. 96         [1] = {
  8. 97                 .start  = …,
  9. 98                 .end    = …,
  10. 99                 .flags  = IORESOURCE_IRQ,
  11. 100         },
  12. 101 };
  13. 102
  14. 103 static struct platform_device xxx_device = {
  15. 104         .name           = "xxx",
  16. 105         .id             = -1,
  17. 106         .dev            = {
  18. 107                                 .platform_data          = &xxx_data,
  19. 108         },
  20. 109         .resource       = xxx_resources,
  21. 110         .num_resources  = ARRAY_SIZE(xxx_resources),
  22. 111 };

之类的platform_device代码都不再需要，其中platform_device会由kernel自动展开。而这些resource实际来源于.dts中设备结点的reg、interrupts属性。典型地，大多数总线都与“simple_bus”兼容，而在SoC对应的machine的.init_machine成员函数中，调用of_platform_bus_probe(NULL, xxx_of_bus_ids, NULL);即可自动展开所有的platform_device。譬如，假设我们有个XXX SoC，则可在arch/arm/mach-xxx/的板文件中透过如下方式展开.dts中的设备结点对应的platform_device：

  1. 18 static struct of_device_id xxx_of_bus_ids[] __initdata = {
  2. 19         { .compatible = "simple-bus", },
  3. 20         {},
  4. 21 };
  5. 22
  6. 23 void __init xxx_mach_init(void)
  7. 24 {
  8. 25         of_platform_bus_probe(NULL, xxx_of_bus_ids, NULL);
  9. 26 }
  10. 32
  11. 33 #ifdef CONFIG_ARCH_XXX
  12. 38
  13. 39 DT_MACHINE_START(XXX_DT, "Generic XXX (Flattened Device Tree)")
  14. 41         …
  15. 45         .init_machine   = xxx_mach_init,
  16. 46         …
  17. 49 MACHINE_END
  18. 50 #endif

2.    注册i2c_board_info，指定IRQ等板级信息。

形如

  1. 145 static struct i2c_board_info __initdata afeb9260_i2c_devices[] = {
  2. 146         {
  3. 147                 I2C_BOARD_INFO("tlv320aic23", 0x1a),
  4. 148         }, {
  5. 149                 I2C_BOARD_INFO("fm3130", 0x68),
  6. 150         }, {
  7. 151                 I2C_BOARD_INFO("24c64", 0x50),
  8. 152         },
  9. 153 };

之类的i2c_board_info代码，目前不再需要出现，现在只需要把tlv320aic23、fm3130、24c64这些设备结点填充作为相应的I2C controller结点的子结点即可，类似于前面的

  1. i2c@1,0 {
  2. compatible = "acme,a1234-i2c-bus";
  3. …
  4. rtc@58 {
  5. compatible = "maxim,ds1338";
  6. reg = <58>;
  7. interrupts = < 7 3 >;
  8. };
  9. };

Device Tree中的I2C client会透过I2C host驱动的probe()函数中调用of_i2c_register_devices(&i2c_dev->adapter);被自动展开。

3.    注册spi_board_info，指定IRQ等板级信息。

形如

  1. 79 static struct spi_board_info afeb9260_spi_devices[] = {
  2. 80         {       /* DataFlash chip */
  3. 81                 .modalias       = "mtd_dataflash",
  4. 82                 .chip_select    = 1,
  5. 83                 .max_speed_hz   = 15 * 1000 * 1000,
  6. 84                 .bus_num        = 0,
  7. 85         },
  8. 86 };

之类的spi_board_info代码，目前不再需要出现，与I2C类似，现在只需要把mtd_dataflash之类的结点，作为SPI控制器的子结点即可，SPI host驱动的probe函数透过spi_register_master()注册master的时候，会自动展开依附于它的slave。

4.    多个针对不同电路板的machine，以及相关的callback。

过去，ARM Linux针对不同的电路板会建立由MACHINE_START和MACHINE_END包围起来的针对这个machine的一系列callback，譬如：

  1. 373 MACHINE_START(VEXPRESS, "ARM-Versatile Express")
  2. 374         .atag_offset    = 0x100,
  3. 375         .smp            = smp_ops(vexpress_smp_ops),
  4. 376         .map_io         = v2m_map_io,
  5. 377         .init_early     = v2m_init_early,
  6. 378         .init_irq       = v2m_init_irq,
  7. 379         .timer          = &v2m_timer,
  8. 380         .handle_irq     = gic_handle_irq,
  9. 381         .init_machine   = v2m_init,
  10. 382         .restart        = vexpress_restart,
  11. 383 MACHINE_END

这些不同的machine会有不同的MACHINE ID，Uboot在启动Linux内核时会将MACHINE ID存放在r1寄存器，Linux启动时会匹配Bootloader传递的MACHINE ID和MACHINE_START声明的MACHINE ID，然后执行相应machine的一系列初始化函数。

引入Device Tree之后，MACHINE_START变更为DT_MACHINE_START，其中含有一个.dt_compat成员，用于表明相关的machine与.dts中root结点的compatible属性兼容关系。如果Bootloader传递给内核的Device Tree中root结点的compatible属性出现在某machine的.dt_compat表中，相关的machine就与对应的Device Tree匹配，从而引发这一machine的一系列初始化函数被执行。

  1. 489 static const char * const v2m_dt_match[] __initconst = {
  2. 490         "arm,vexpress",
  3. 491         "xen,xenvm",
  4. 492         NULL,
  5. 493 };
  6. 495 DT_MACHINE_START(VEXPRESS_DT, "ARM-Versatile Express")
  7. 496         .dt_compat      = v2m_dt_match,
  8. 497         .smp            = smp_ops(vexpress_smp_ops),
  9. 498         .map_io         = v2m_dt_map_io,
  10. 499         .init_early     = v2m_dt_init_early,
  11. 500         .init_irq       = v2m_dt_init_irq,
  12. 501         .timer          = &v2m_dt_timer,
  13. 502         .init_machine   = v2m_dt_init,
  14. 503         .handle_irq     = gic_handle_irq,
  15. 504         .restart        = vexpress_restart,
  16. 505 MACHINE_END

Linux倡导针对多个SoC、多个电路板的通用DT machine，即一个DT machine的.dt_compat表含多个电路板.dts文件的root结点compatible属性字符串。之后，如果的电路板的初始化序列不一样，可以透过int of_machine_is_compatible(const char *compat) API判断具体的电路板是什么。

譬如arch/arm/mach-exynos/mach-exynos5-dt.c的EXYNOS5_DT machine同时兼容"samsung,exynos5250"和"samsung,exynos5440"：

  1. 158 static char const *exynos5_dt_compat[] __initdata = {
  2. 159         "samsung,exynos5250",
  3. 160         "samsung,exynos5440",
  4. 161         NULL
  5. 162 };
  6. 163
  7. 177 DT_MACHINE_START(EXYNOS5_DT, "SAMSUNG EXYNOS5 (Flattened Device Tree)")
  8. 178         /* Maintainer: Kukjin Kim <kgene.kim@samsung.com> */
  9. 179         .init_irq       = exynos5_init_irq,
  10. 180         .smp            = smp_ops(exynos_smp_ops),
  11. 181         .map_io         = exynos5_dt_map_io,
  12. 182         .handle_irq     = gic_handle_irq,
  13. 183         .init_machine   = exynos5_dt_machine_init,
  14. 184         .init_late      = exynos_init_late,
  15. 185         .timer          = &exynos4_timer,
  16. 186         .dt_compat      = exynos5_dt_compat,
  17. 187         .restart        = exynos5_restart,
  18. 188         .reserve        = exynos5_reserve,
  19. 189 MACHINE_END

它的.init_machine成员函数就针对不同的machine进行了不同的分支处理：

  1. 126 static void __init exynos5_dt_machine_init(void)
  2. 127 {
  3. 128         …
  4. 149
  5. 150         if (of_machine_is_compatible("samsung,exynos5250"))
  6. 151                 of_platform_populate(NULL, of_default_bus_match_table,
  7. 152                                      exynos5250_auxdata_lookup, NULL);
  8. 153         else if (of_machine_is_compatible("samsung,exynos5440"))
  9. 154                 of_platform_populate(NULL, of_default_bus_match_table,
  10. 155                                      exynos5440_auxdata_lookup, NULL);
  11. 156 }

使用Device Tree后，驱动需要与.dts中描述的设备结点进行匹配，从而引发驱动的probe()函数执行。对于platform_driver而言，需要添加一个OF匹配表，如前文的.dts文件的"acme,a1234-i2c-bus"兼容I2C控制器结点的OF匹配表可以是：

  1. 436 static const struct of_device_id a1234_i2c_of_match[] = {
  2. 437         { .compatible = "acme,a1234-i2c-bus ", },
  3. 438         {},
  4. 439 };
  5. 440 MODULE_DEVICE_TABLE(of, a1234_i2c_of_match);
  6. 441
  7. 442 static struct platform_driver i2c_a1234_driver = {
  8. 443         .driver = {
  9. 444                 .name = "a1234-i2c-bus ",
  10. 445                 .owner = THIS_MODULE,
  11. 449                 .of_match_table = a1234_i2c_of_match,
  12. 450         },
  13. 451         .probe = i2c_a1234_probe,
  14. 452         .remove = i2c_a1234_remove,
  15. 453 };
  16. 454 module_platform_driver(i2c_a1234_driver);

对于I2C和SPI从设备而言，同样也可以透过of_match_table添加匹配的.dts中的相关结点的compatible属性，如sound/soc/codecs/wm8753.c中的：

  1. 1533 static const struct of_device_id wm8753_of_match[] = {
  2. 1534         { .compatible = "wlf,wm8753", },
  3. 1535         { }
  4. 1536 };
  5. 1537 MODULE_DEVICE_TABLE(of, wm8753_of_match);
  6. 1587 static struct spi_driver wm8753_spi_driver = {
  7. 1588         .driver = {
  8. 1589                 .name   = "wm8753",
  9. 1590                 .owner  = THIS_MODULE,
  10. 1591                 .of_match_table = wm8753_of_match,
  11. 1592         },
  12. 1593         .probe          = wm8753_spi_probe,
  13. 1594         .remove         = wm8753_spi_remove,
  14. 1595 };
  15. 1640 static struct i2c_driver wm8753_i2c_driver = {
  16. 1641         .driver = {
  17. 1642                 .name = "wm8753",
  18. 1643                 .owner = THIS_MODULE,
  19. 1644                 .of_match_table = wm8753_of_match,
  20. 1645         },
  21. 1646         .probe =    wm8753_i2c_probe,
  22. 1647         .remove =   wm8753_i2c_remove,
  23. 1648         .id_table = wm8753_i2c_id,
  24. 1649 };

不过这边有一点需要提醒的是，I2C和SPI外设驱动和Device Tree中设备结点的compatible 属性还有一种弱式匹配方法，就是别名匹配。compatible 属性的组织形式为<manufacturer>,<model>，别名其实就是去掉compatible 属性中逗号前的manufacturer前缀。关于这一点，可查看drivers/spi/spi.c的源代码，函数spi_match_device()暴露了更多的细节，如果别名出现在设备spi_driver的id_table里面，或者别名与spi_driver的name字段相同，SPI设备和驱动都可以匹配上：

  1. 90 static int spi_match_device(struct device *dev, struct device_driver *drv)
  2. 91 {
  3. 92         const struct spi_device *spi = to_spi_device(dev);
  4. 93         const struct spi_driver *sdrv = to_spi_driver(drv);
  5. 94
  6. 95         /* Attempt an OF style match */
  7. 96         if (of_driver_match_device(dev, drv))
  8. 97                 return 1;
  9. 98
  10. 99         /* Then try ACPI */
  11. 100         if (acpi_driver_match_device(dev, drv))
  12. 101                 return 1;
  13. 102
  14. 103         if (sdrv->id_table)
  15. 104                 return !!spi_match_id(sdrv->id_table, spi);
  16. 105
  17. 106         return strcmp(spi->modalias, drv->name) == 0;
  18. 107 }
  19. 71 static const struct spi_device_id *spi_match_id(const struct spi_device_id *id,
  20. 72                                                 const struct spi_device *sdev)
  21. 73 {
  22. 74         while (id->name[0]) {
  23. 75                 if (!strcmp(sdev->modalias, id->name))
  24. 76                         return id;
  25. 77                 id++;
  26. 78         }
  27. 79         return NULL;
  28. 80 }

4.    常用OF API

在Linux的BSP和驱动代码中，还经常会使用到Linux中一组Device Tree的API,这些API通常被冠以of_前缀，它们的实现代码位于内核的drivers/of目录。这些常用的API包括：

int of_device_is_compatible(const struct device_node *device,const char *compat);

判断设备结点的compatible 属性是否包含compat指定的字符串。当一个驱动支持2个或多个设备的时候，这些不同.dts文件中设备的compatible 属性都会进入驱动 OF匹配表。因此驱动可以透过Bootloader传递给内核的Device Tree中的真正结点的compatible 属性以确定究竟是哪一种设备，从而根据不同的设备类型进行不同的处理。如drivers/pinctrl/pinctrl-sirf.c即兼容于"sirf,prima2-pinctrl"，又兼容于"sirf,prima2-pinctrl"，在驱动中就有相应分支处理：

  1. 1682 if (of_device_is_compatible(np, "sirf,marco-pinctrl"))
  2. 1683      is_marco = 1;

struct device_node *of_find_compatible_node(struct device_node *from,

         const char *type, const char *compatible);

根据compatible属性，获得设备结点。遍历Device Tree中所有的设备结点，看看哪个结点的类型、compatible属性与本函数的输入参数匹配，大多数情况下，from、type为NULL。

int of_property_read_u8_array(const struct device_node *np,

                     const char *propname, u8 *out_values, size_t sz);

int of_property_read_u16_array(const struct device_node *np,

                      const char *propname, u16 *out_values, size_t sz);

int of_property_read_u32_array(const struct device_node *np,

                      const char *propname, u32 *out_values, size_t sz);

int of_property_read_u64(const struct device_node *np, const char

*propname, u64 *out_value);

读取设备结点np的属性名为propname，类型为8、16、32、64位整型数组的属性。对于32位处理器来讲，最常用的是of_property_read_u32_array()。如在arch/arm/mm/cache-l2x0.c中，透过如下语句读取L2 cache的"arm,data-latency"属性：

  1. 534         of_property_read_u32_array(np, "arm,data-latency",
  2. 535                                    data, ARRAY_SIZE(data));

在arch/arm/boot/dts/vexpress-v2p-ca9.dts中，含有"arm,data-latency"属性的L2 cache结点如下：

  1. 137         L2: cache-controller@1e00a000 {
  2. 138                 compatible = "arm,pl310-cache";
  3. 139                 reg = <0x1e00a000 0x1000>;
  4. 140                 interrupts = <0 43 4>;
  5. 141                 cache-level = <2>;
  6. 142                 arm,data-latency = <1 1 1>;
  7. 143                 arm,tag-latency = <1 1 1>;
  8. 144         }

有些情况下，整形属性的长度可能为1，于是内核为了方便调用者，又在上述API的基础上封装出了更加简单的读单一整形属性的API，它们为int of_property_read_u8()、of_property_read_u16()等，实现于include/linux/of.h：

  1. 513 static inline int of_property_read_u8(const struct device_node *np,
  2. 514                                        const char *propname,
  3. 515                                        u8 *out_value)
  4. 516 {
  5. 517         return of_property_read_u8_array(np, propname, out_value, 1);
  6. 518 }
  7. 519
  8. 520 static inline int of_property_read_u16(const struct device_node *np,
  9. 521                                        const char *propname,
  10. 522                                        u16 *out_value)
  11. 523 {
  12. 524         return of_property_read_u16_array(np, propname, out_value, 1);
  13. 525 }
  14. 526
  15. 527 static inline int of_property_read_u32(const struct device_node *np,
  16. 528                                        const char *propname,
  17. 529                                        u32 *out_value)
  18. 530 {
  19. 531         return of_property_read_u32_array(np, propname, out_value, 1);
  20. 532 }

int of_property_read_string(struct device_node *np, const char

*propname, const char **out_string);

int of_property_read_string_index(struct device_node *np, const char

    *propname, int index, const char **output);

前者读取字符串属性，后者读取字符串数组属性中的第index个字符串。如drivers/clk/clk.c中的of_clk_get_parent_name()透过of_property_read_string_index()遍历clkspec结点的所有"clock-output-names"字符串数组属性。

  1. 1759 const char *of_clk_get_parent_name(struct device_node *np, int index)
  2. 1760 {
  3. 1761         struct of_phandle_args clkspec;
  4. 1762         const char *clk_name;
  5. 1763         int rc;
  6. 1764
  7. 1765         if (index < 0)
  8. 1766                 return NULL;
  9. 1767
  10. 1768         rc = of_parse_phandle_with_args(np, "clocks", "#clock-cells", index,
  11. 1769                                         &clkspec);
  12. 1770         if (rc)
  13. 1771                 return NULL;
  14. 1772
  15. 1773         if (of_property_read_string_index(clkspec.np, "clock-output-names",
  16. 1774                                   clkspec.args_count ? clkspec.args[0] : 0,
  17. 1775                                           &clk_name) < 0)
  18. 1776                 clk_name = clkspec.np->name;
  19. 1777
  20. 1778         of_node_put(clkspec.np);
  21. 1779         return clk_name;
  22. 1780 }
  23. 1781 EXPORT_SYMBOL_GPL(of_clk_get_parent_name);

static inline bool of_property_read_bool(const struct device_node *np,

                                         const char *propname);

如果设备结点np含有propname属性，则返回true，否则返回false。一般用于检查空属性是否存在。

void __iomem *of_iomap(struct device_node *node, int index);

通过设备结点直接进行设备内存区间的 ioremap()，index是内存段的索引。若设备结点的reg属性有多段，可通过index标示要ioremap的是哪一段，只有1段的情况，index为0。采用Device Tree后，大量的设备驱动通过of_iomap()进行映射，而不再通过传统的ioremap。

 

unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev, int index);

透过Device Tree或者设备的中断号，实际上是从.dts中的interrupts属性解析出中断号。若设备使用了多个中断，index指定中断的索引号。

还有一些OF API，这里不一一列举，具体可参考include/linux/of.h头文件。

5.    总结

ARM社区一贯充斥的大量垃圾代码导致Linus盛怒，因此社区在2011年到2012年进行了大量的工作。ARM Linux开始围绕Device Tree展开，Device Tree有自己的独立的语法，它的源文件为.dts，编译后得到.dtb，Bootloader在引导Linux内核的时候会将.dtb地址告知内核。之后内核会展开Device Tree并创建和注册相关的设备，因此arch/arm/mach-xxx和arch/arm/plat-xxx中大量的用于注册platform、I2C、SPI板级信息的代码被删除，而驱动也以新的方式和.dts中定义的设备结点进行匹配。