Linux驱动入门-设备树DTS

原创 thatway 那路谈OS与SoC嵌入式软件 2023-08-19 19:45 

**设备树**（**DTS**:

device tree source），字面意思就是一块电路板上设备如上图中CPU、DDR、I2C、GPIO、SPI等，按照树形结构描绘成的一棵树。按照策略和功能分离的思路，就是驱动代码（功能）和设备树DTS配置文件（策略）分开来进行设计，这样针对不同的电路板，Linux驱动代码就不用动了，只需要改改DTS就可以，DTS中的配置会决定哪些驱动去运行。 

Linux相关知识在嵌入式领域中很重要，要学习可以找一个**能运行Linux代码的环境**，最好有一个开发板，也可以用**qemu**

在ubuntu上运行，可以参考之前的文章：Linux驱动-IMX6ULL开发板qemu环境搭建

或者自己搭建一个参考：

https://zhuanlan.zhihu.com/p/521196386

  1. 设备树起源

    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中，
    如果外设发生相应的变化，那么驱动代码就需要改动。

    2011年，
    Linux之父
    Linus Torvalds发现这个问题后，就通过邮件向
    ARM-Linux开发社区发了一封邮件，不禁的发出了一句
    “
    This whole ARM thing is a f*cking pain in the ass
    ”。之后，
    ARM社区就引入了
    PowerPC等架构已经采用的设备树
    (Flattened Device Tree)机制，将板级信息内容都从
    Linux内核中分离开来，用一个专属的文件格式来描述，即现在的.dts文件。

从 3.x版本之后开始支持使用设备树，这样做的意义重大，可以实现驱动代码与设备的硬件信息相互的隔离，减少了代码中的耦合性。通过设备树对硬件信息的抽象，
驱动代码只要负责处理逻辑
，而关于设备的具体信息存放到设备树文件中，这样，如果只是硬件接口信息的变化而没有驱动逻辑的变化，开发者只需要修改设备树文件信息，
不需要改写驱动代码
。 

设备树由一系列被命名的**节点**（Node）和**属性**（Property）组成，而节点本身可包含子节点。在设备树中，可描述的信息包括：

  • 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。

  • 时钟控制器和时钟使用情况。

    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. 基本概念介绍

2.1 dts 

**dts**(

device tree source设备树源文件
)文件是一种
ASCII文本格式的设备树描述文件，此文件适合人类阅读，主要是给用户看的。 

硬件的相应信息都会写在

.dts为后缀的文件中，每一款硬件可以单独写一份xxxx.dts，一般在
Linux源码中存在大量的
dts文件，对于

arm
架构可以在
arch/arm/boot/dts找到相应的
dts，另外
mips则在
arch/mips/boot/dts，
powerpc在
arch/powerpc/boot/dts。

对于
imx6ull开发板

arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dts

dts中一般会包一个公共部分的
dtsi文件，如下：

include

"imx6ull.dtsi"

2.2 dtsi 

值得一提的是，对于一些

相同的
dts
配置可以抽象到dtsi文件中，然后类似于
C 语言的方式可以
include到
dts文件中，对于
imx6ull开发板
arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi 

对于

同一个节点的设置情况，dts中的配置会覆盖dtsi中的配置。具体如下图所示；

2.3 dtc 

**dtc**是**编译**dts的工具，可以在Ubuntu系统上通过指令apt-get install device-tree-compiler安装dtc工具，不过在内核源码

scripts/dtc路径下已经包含了
dtc工具；

2.4 dtb 

**dtb**(Device

Tree Blob)，dts经过dtc编译之后会得到dtb文件，dtb通过Bootloader引导程序加载到内核。所以Bootloader需要支持设备树才行；Kernel 也需要加入设备树的支持；

dtb文件布局如下：

从上图可以看出，
DTB文件主要包含四部分内容：

  1. struct ftdheader
    ：用来表明各个分部的偏移地址，整个文件的大小，版本号等；

  2. memory reservation block
    ：在设备树中使用
    /memreserve/ 定义的保留内存信息；

  3. structure block
    ：保存节点的信息，节点的结构；

  4. strings block
    ：保存属性的名字，单独作为字符串保存；

    dtb文件代码级别的解析可以参考：

https://cloud.tencent.com/developer/article/1887823

(1) dtb 文件的结构图如下：

(2) 设备节点的结构图如下：

2.5 DTB**加载及解析过程**

U-Boot处理如下：**

3. DTS基本框架 

下图是一个设备树文件的基本架构；大概看了一下有点**类似于****XML文件**，简单概括一下有这几个部分；

一个例子：

1 个双核
ARM
Cortex-A9
32 位处理器；
ARM 本地总线上的内存映射区域分布有

两个串口（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）

外部总线桥上连接的设备如下：

SMC
SMC91111
以太网（位于
0x10100000）

I2C控制器（位于
0x10160000）

64MB NOR Flash（位于
0x30000000）

外部总线桥上连接的
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
）具体如下图所示；

一个移植网卡的例子： 

比如

dm9000网卡，就需要首先将示例信息挂接到我们的板级设备树上，并根据芯片手册和电路原理图将相应的属性进行配置，再配置相应的驱动。需要注意的是，
dm9000的地址线一般是接在片选线上的，所以设备树中就应该归属与相应片选线节点，我这里用的
exynos4412，接在了
bank1，所以是"<0x50000000 0x2="" 0x50000004="">"

最终的配置结果是：

然后
make menuconfig勾选相应的选项将
dm9000的驱动编译进内核。 

[*] Networking support  --->        Networking options  --->                <*> Packet socket                <*>Unix domain sockets                 [*] TCP/IP networking                [*]   IP: kernel level autoconfigurationDevice Drivers  --->        [*] Network device support  --->                [*]   Ethernet driver support (NEW)  --->                        <*>   DM9000 supportFile systems  --->        [*] Network File Systems (NEW)  --->                <*>   NFS client support                [*]     NFS client support for NFS version 3                [*]       NFS client support for the NFSv3 ACL protocol extension                [*]   Root file system on NFS

执行
make uImage;make dtbs
,tftp下载，成功加载
nfs根文件系统并进入系统，表示网卡移植成功

详细语法参考：https://www.cnblogs.com/xiaojiang1025/p/6131381.html

4. 修改DTS试验

4.1 dts**修改** 

修改设备树文件

arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dts，添加一个我们自己的模块
dts_tree1： 

修改完成后执行

make dtbs 重新编译设备树文件，编译完成后
arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dtb，将其下载到芯片中。

或者用
qemu运行的时候，修改参考指向这个新的
dtb文件。

查看设备树节点进入内核，执行

ls /proc/device-tree/

我们会发现刚刚创建的设备树节已经存在了 

跟我们在

dts里面修改的一样，这里变成了一个个的文件形式。文件的名字是属性的名字，内容是值。

具体看看节点的内容，执行

4.2**内核中添加驱动模块**

参考：
Linux
驱动实践
:
带你一步一步编译内核驱动程序

  • IOT
    物联网小镇
  • 博客园

在
/drivers文件夹下创建
dts_test文件夹，
然后创建
Kconfig
文件

Bash
config DTS_TEST
tristate "dts test"
default y
help
This is the dts test

创建
Makefile文件

JavaScript
obj-$(CONFIG_DTS_TEST) += dts_test.o

在
drivers文件夹下的
Kconfig和
Makefile文件中分别添加

C
source "drivers/dts_test/Kconfig"
obj-$(CONFIG_DTS_TEST) += dts_test/

创建
dts_test.c文件

C++
#include <linux/init.h>

include <linux/module.h>

include <linux/platform_device.h>

include <linux/of.h>

include <linux/of_gpio.h>


include <linux/miscdevice.h>

include <linux/fs.h>

include <linux/errno.h>

include <linux/gpio/consumer.h>

include <linux/interrupt.h>

include <linux/irq.h>

include <linux/gpio_keys.h>

include <linux/of_irq.h>

include <linux/gpio.h>

include <linux/property.h>

include <asm/io.h>

include <asm/uaccess.h>

include <linux/slab.h>

include <linux/device.h>


define DRIVER_NAME "imx6ul,dts-tree"



static int devtree_probe(struct platform_device pdev)
{
struct fwnode_handle child;
const char p1,p23;
u32 p32,value;
u8 testmac6;
int i=0;

printk(KERN_INFO "\n**devtree_probe**\n");

device_property_read_string(&pdev->dev,"test-string",&p1);
printk("devtree_probe node test-string is: %s\n",p1);

device_property_read_string_array(&pdev->dev, "test-strings", p2, 3);
printk("devtree_probe node test-strings is: %s%s%s\n",p20,p21,p22);

device_property_read_u32(&pdev->dev,"test-u32",&value);
printk("devtree_probe node test-u32 is: <%d>\n",value);

device_property_read_u32_array(&pdev->dev, "test-u32s", p3, 2);
printk("devtree_probe node test-u32s is: <%d>,<%d>\n",p30,p31);

device_property_read_string(&pdev->dev,"compatible",&p1);
printk("devtree_probe node compatible is: %s\n",p1);

device_property_read_string(&pdev->dev,"status",&p1);
printk("devtree_probe node status is: %s\n",p1);

printk(" \n devtree_probe child node \n");

device_for_each_child_node(&pdev->dev, child){

printk("**childnode%d*\n",i++);
fwnode_property_read_string(child,"test-string",&p1);
printk("childnode test-string is: %s\n",p1);

fwnode_property_read_string_array(child,"test-strings",p2,3);
printk("childnode test-strings is: %s%s%s\n",p20,p21,p22);

fwnode_property_read_u32_array(child,"test-u32",&value,1);
printk("childnode test-u32 is: <%d>\n",value);

fwnode_property_read_u32_array(child,"test-u32s",p3,2);
printk("childnode test-u32s is: <%d>,<%d>\n",p30,p31);

fwnode_property_read_u8_array(child,"test-u8s",testmac,6);
printk("childnode test-u32s is: [%x,%x,%x,%x,%x,%x]\n",testmac0,testmac1,testmac2,testmac3,testmac4,testmac5);

}

return 0;
}
static int devtree_remove(struct platform_device pdev)
{
printk(KERN_INFO "devtree_remove\n");

return 0;
}

static const struct of_device_id of_devtree_dt_match[] = {
{.compatible = DRIVER_NAME},
{},
};

MODULE_DEVICE_TABLE(of,of_devtree_dt_match);

static struct platform_driver devtree_test_driver = {
.probe = devtree_probe,
.remove = devtree_remove,
.driver = {
.name = DRIVER_NAME,
.owner = THIS_MODULE,
.of_match_table = of_devtree_dt_match,
},
};


static int devtree_test_init(void)
{
int num=0,i=0,value;
const char p1;
struct device_node node1,childnode1;
u32 p22;
u8 testmac6;

pr_warn(KERN_INFO "^^^^^^^^^^^^^^^^^^^devtree_test_init^^^^^^^^^^^ \n");
printk(KERN_INFO "^^^^^^^^^^^^^^^^^^^devtree_test_init^^^^^^^^^^^ \n");
printk("\n*devtree init start *\n");

node1 = of_find_node_by_path("/dts-tree1");
if(node1 == NULL){
printk("of_find_node_by_path failed\n");
return -ENODEV;
}
else{
printk("of_find_node_by_path dts-tree1 ok\n");
}
//read string
of_property_read_string(node1, "test-string", &p1);
printk("dts-tree1 node :test-string is: %s\n",p1);
//read strings
num = of_property_count_strings(node1, "test-strings");
printk("dts-tree1 node test-strings num is: %d\n",num);
for(i=0;i<num;i++){
of_property_read_string_index(node1,"test-strings",i,&p1);
printk("%s",p1);
}
//read string "compatible"
of_property_read_string(node1, "compatible", &p1);
printk("dts-tree1 node compatible is: %s\n",p1);

//read string "status"
of_property_read_string(node1, "status", &p1);
printk("dts-tree1 node status is: %s\n",p1);

//read u32 "test-u32"
of_property_read_u32(node1,"test-u32",&value);
printk("dts-tree1 node test-u32 is: <%d>\n",value);

//read u32s test-u32s
of_property_read_u32_array(node1, "test-u32s", p2, 2);
printk("dts-tree1 node test-u32s is: <%d>,<%d>\n",p20,p21);

//read u8s test-u8s
of_property_read_u8_array(node1, "test-u8s", testmac, 6);
printk("dts-tree1 node test-u8s is: <%x>,<%x>,<%x>,<%x>,<%x>,<%x>\n",testmac0,testmac1,testmac2,testmac3,testmac4,testmac5);

//get "dts_child_node1" device node
childnode1 = of_get_child_by_name(node1,"dts_child_node1");
if(childnode1 == NULL){
printk("of_get_child_by_name failed\n");
return -ENODEV;
}
printk("of_get_child_by_name dts_child_node1 ok\n");
of_property_read_string(childnode1, "test-string", &p1);
printk("dts_child_node1 node test-string is: %s\n",p1);


return platform_driver_register(&devtree_test_driver);
}

static void devtree_test_exit(void)
{
printk(KERN_INFO "\ndevtree_test_exit\n");
platform_driver_unregister(&devtree_test_driver);
}

module_init(devtree_test_init);
module_exit(devtree_test_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zheng");</span></span></o:p></section></td></tr></tbody></table>
Kconfig中是
y，这样系编译运行后，会直接看到打印：

4.3**常用**OF API 

linux 内核中和设备树相关的函数内核关于设备树的驱动都放在**/drivers/of**下，用户可以使用这里面的函数对设备树进行操作。

后记： 

**入门系列**还是比较适合**公众号**，一些零碎的拓展知识面学习。总感觉这种**查询式的学习**

不利于系统的掌握一项技能，可以这么说：高手都不是这么学习的。答案估计是实际的工作经验+看书。系统深入的学习技术首先科班出身很重要，例如计算机专业四大专业课，然后就是对计算机经典书籍的阅读。 

在工作中可能遇到问题了，查点资料，感觉可能也就学了点**奇巧淫技**

，这里需要把经验性的知识
和理论性的知识
区分开，这就是科学
与技术
的区别，经验性的知识没有师傅带就完蛋了，可以多寻求帮助，但是理论性的东西就需要看书，愿大家能沉下心来找点经典大部头书
“读上那么一读，确实挺不错的”
。

“啥都懂一点
，啥都不精通
，

干啥都能干
，干啥啥不是
，

专业入门劝退
，堪称程序员杂家
”。 

后续会继续更新，

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