韦东山嵌入式linux系列-驱动进化之路：设备树的引入及简明教程

本文链接：https://blog.csdn.net/Zhouzi_heng/article/details/140534195

1 设备树的引入与作用

以 LED 驱动为例，如果你要更换LED所用的GPIO引脚，需要修改驱动程序源码、重新编译驱动、重新加载驱动。

在内核中，使用同一个芯片的板子，它们所用的外设资源不一样，比如A板用 GPIO A， B 板用 GPIO B。而 GPIO 的驱动程序既支持 GPIO A 也支持GPIO B，你需要指定使用哪一个引脚，怎么指定？在 c 代码中指定。

随着 ARM 芯片的流行，内核中针对这些 ARM 板保存有大量的、没有技术含量的文件。

于是， Linux 内核开始引入设备树。

设备树并不是重新发明出来的，在 Linux 内核中其他平台如 PowerPC，早就使用设备树来描述硬件了

有一种错误的观点，说“新驱动都是用设备树来写了”。设备树不可能用来写驱动。

请想想，要操作硬件就需要去操作复杂的寄存器，如果设备树可以操作寄存器，那么它就是“驱动”，它就一样很复杂。

设备树只是用来给内核里的驱动程序，指定硬件的信息。比如 LED 驱动，在内核的驱动程序里去操作寄存器，但是操作哪一个引脚？这由设备树指定。（相当于配置文件）

先体验一下设备树，板子启动后执行下面的命令：

ls /sys/firmware/

/sys/firmware/devicetree 目录下是以目录结构程现的 dtb 文件, 根节点对应 base 目录, 每一个节点对应一个目录, 每一个属性对应一个文件。

一个单板启动时， u-boot 先运行，它的作用是启动内核。 U-boot 会把内核和设备树文件都读入内存，然后启动内核。在启动内核时会把设备树在内存中的地址告诉内核。

2 设备树的语法

为什么叫“树？

中间是bus总线，树干是各种设备。

怎么描述这棵树？

需要编写设备树文件(dts: device tree source)，它需要编译为dtb(device tree blob)文件，内核使用的是 dtb 文件。

下面是一个设备树示例

它对应的 dts 文件如下

/dts-v1/;

/ {
    model="fsl,mpc8572ds"
    compatible="fsl,mpc8572ds"
    #address-cells=<1>
    #size-cells=<1>

    cpus {
        #address-cells=<1>
        #size-cells=<0>
        cpu@0 {
            device_type="cpu"
            reg=<0>
            timebase-frequency=<825000000>
            clock-frequency=<825000000>
        };

    cpu@1 {
        device_type="cpu"
        reg=<1>
        timebase-frequency=<825000000>
        clock-frequency=<825000000>
        };

    };

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

    uart@fe001000 {
        compatible="ns16550"
        reg=<0xfe001000 0x100>
    };

    chosen {
        bootargs="root=/dev/sda2";
    };

    aliases {
        serial0="/uart@fe001000"
    };
};

2.1 Devicetree格式

1 DTS文件的格式

设备树文件(dts: device tree source)

DTS 文件布局(layout):

/dts-v1/;             // 表示版本
[memory reservations] // 格式为: /memreserve/ <address> <length>;
/ {
    [property definitions]
    [child nodes]
};

2 node 的格式

设备树中的基本单元，被称为“ node”，其格式为：

[label:] node-name[@unit-address] {
    [properties definitions]
    [child nodes]
};

label 是标号，可以省略。 label 的作用是为了方便地引用 node，比如：

/dts-v1/;
/ {
    uart0: uart@fe001000 {
    compatible="ns16550";
    reg=<0xfe001000 0x100>;
    };
};

可以使用下面 2 种方法来修改 uart@fe001000 这个 node：

// 在根节点之外使用 label 引用 node：
&uart0 {
    status = “disabled”;
};

// 或在根节点之外使用全路径：
&{/uart@fe001000} {
    status = “disabled”;
};

3 properties 的格式

简单地说， properties 就是“ name=value”， value 有多种取值方式。

Property 格式 1:

[label:] property-name = value;

Property 格式 2(没有值):

[label:] property-name;

Property 取值只有 3 种:

arrays of cells(1 个或多个 32 位数据, 64 位数据使用 2 个 32 位数据表示),
string(字符串),
bytestring(1 个或多个字节)

示例:

a) Arrays of cells : cell 就是一个 32 位的数据，用尖括号包围起来

interrupts = <17 0xc>;

b) 64bit 数据使用 2 个 cell 来表示，用尖括号包围起来:

clock-frequency = <0x00000001 0x00000000>;

c) A null-terminated string (有结束符的字符串)，用双引号包围起来:

compatible = "simple-bus";

d) A bytestring(字节序列) ，用中括号包围起来:

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

可以是各种值的组合, 用逗号隔开:

compatible = "ns16550", "ns8250";
example = <0xf00f0000 19>, "a strange property format";

2.2 dts 文件包含 dtsi 文件

设备树文件不需要我们从零写出来，内核支持了某款芯片比如imx6ull，在内核/arch/arm/boot/dts 目录下就有了能用的设备树模板，一般命名为xxxx.dtsi。“i”表示“ include”，被别的文件引用的。

我们使用某款芯片制作出了自己的单板，所用资源跟xxxx.dtsi是大部分相同，小部分不同，所以需要引脚xxxx.dtsi并修改。

dtsi 文件跟dts文件的语法是完全一样的。
dts 中可以包含.h头文件，也可以包含dtsi文件，在.h头文件中可以定义一些宏。

示例：

/dts-v1/;

#include <dt-bindings/input/input.h>
#include "stm32mp15xx-100ask.dtsi"
/ {
……
};

2.3 常用的属性

1 #address-cells、 #size-cells

⚫ cell 指一个 32 位的数值，
⚫ address-cells： address 要用多少个 32 位数来表示；
⚫ size-cells： size 要用多少个 32 位数来表示

比较绕，但是不难理解

比如一段内存，怎么描述它的起始地址和大小？

下例中， address-cells为1，所以reg中用1个32位来表示地址，即用0x80000000 来表示地址； size-cells 为 1，所以 reg 中用 1 个32位来表示大小，即用 0x20000000 表示大小：

/ {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
memory {
    reg = <0x80000000 0x20000000>;
    };
};

注意0x是16进制

2 compatible

“compatible”表示“兼容”，对于某个LED，内核中可能有 A、B、C 三个驱动都支持它，那可以这样写：

led {
    compatible = "A", "B", "C";
};<