Linux設備樹語法詳解

概念

Linux內核從3.x開始引入設備樹的概念，用於實現驅動代碼與設備信息相分離。在設備樹出現以前，所有關於設備的具體信息都要寫在驅動裡，一旦外圍設備變化，驅動代碼就要重寫。引入了設備樹之後，驅動代碼只負責處理驅動的邏輯，而關於設備的具體信息存放到設備樹文件中，這樣，如果只是硬件接口信息的變化而沒有驅動邏輯的變化，驅動開發者只需要修改設備樹文件信息，不需要改寫驅動代碼。比如在ARM Linux內，一個.dts(device tree source)文件對應一個ARM的machine，一般放置在內核的"arch/arm/boot/dts/"目錄內，比如exynos4412參考板的板級設備樹文件就是"arch/arm/boot/dts/exynos4412-origen.dts"。這個文件可以通過$make dtbs命令編譯成二進制的.dtb文件供內核驅動使用。

基於同樣的軟件分層設計的思想，由於一個SoC可能對應多個machine，如果每個machine的設備樹都寫成一個完全獨立的.dts文件，那麼勢必相當一些.dts文件有重復的部分，為了解決這個問題，Linux設備樹目錄把一個SoC公用的部分或者多個machine共同的部分提煉為相應的.dtsi文件。這樣每個.dts就只有自己差異的部分，公有的部分只需要"include"相應的.dtsi文件, 這樣就是整個設備樹的管理更加有序。我這裡用`Linux4.8.5源碼自帶的dm9000網卡為例來分析設備樹的使用和移植。這個網卡的設備樹節點信息在"Documentation/devicetree/bindings/net/davicom-dm9000.txt"有詳細說明，其網卡驅動源碼是"drivers/net/ethernet/davicom/dm9000.c"。

設備樹框架

設備樹用樹狀結構描述設備信息，它有以下幾種特性

1. 每個設備樹文件都有一個根節點，每個設備都是一個節點。
2. 節點間可以嵌套，形成父子關系，這樣就可以方便的描述設備間的關系。
3. 每個設備的屬性都用一組key-value對(鍵值對)來描述。
4. 每個屬性的描述用;結束

所以，一個設備樹的基本框架可以寫成下面這個樣子

/{                                  //根節點
    node1{                          //node1是節點名，是/的子節點
        key=value;                  //node1的屬性
        ...
        node2{                      //node2是node1的子節點
            key=value;              //node2的屬性
            ...
        }
    }                               //node1的描述到此為止
    node3{
        key=value;
        ...
    }
}

節點名

理論個節點名只要是長度不超過31個字符的ASCII字符串即可，此外
Linux內核還約定設備名應寫成形如<name>[@<unit_address>]的形式，其中name就是設備名，unit_address就是設備地址，如果有應該寫上，下面就是典型節點名的寫法

Linux中的設備樹還包括幾個特殊的節點，比如chosen，chosen節點不描述一個真實設備，而是用於firmware傳遞一些數據給OS，比如bootloader傳遞內核啟動參數給內核

引用

當我們找一個節點的時候，我們必須書寫完整的節點路徑，這樣當一個節點嵌套比較深的時候就不是很方便，所以，設備樹允許我們用下面的形式為節點標注引用(起別名)，借以省去冗長的路徑。這樣就可以實現類似函數調用的效果。編譯設備樹的時候，相同的節點的不同屬性信息都會被合並到設備節點中，而相同的屬性會被覆蓋，使用引用可以避免移植者四處找節點，直接在板級.dts增改即可。

下面的例子中就是直接引用了dtsi中的一個節點，並向其中添加/修改新的屬性信息

KEY

在設備樹中，鍵值對是描述屬性的方式，比如，Linux驅動中可以通過設備節點中的"compatible"這個屬性查找設備節點。
Linux設備樹語法中定義了一些具有規范意義的屬性，包括：compatible, address, interrupt等，這些信息能夠在內核初始化找到節點的時候，自動解析生成相應的設備信息。此外，還有一些Linux內核定義好的，一類設備通用的有默認意義的屬性，這些屬性一般不能被內核自動解析生成相應的設備信息，但是內核已經編寫的相應的解析提取函數，常見的有 "mac_addr"，"gpio"，"clock"，"power"。"regulator" 等等。

compatible

設備節點中對應的節點信息已經被內核構造成struct platform_device。驅動可以通過相應的函數從中提取信息。compatible屬性是用來查找節點的方法之一，另外還可以通過節點名或節點路徑查找指定節點。dm9000驅動中就是使用下面這個函數通過設備節點中的"compatible"屬性提取相應的信息，所以二者的字符串需要嚴格匹配。

address

(幾乎)所有的設備都需要與CPU的IO口相連，所以其IO端口信息就需要在設備節點節點中說明。常用的屬性有

• #address-cells，用來描述子節點"reg"屬性的地址表中用來描述首地址的cell的數量，
• #size-cells，用來描述子節點"reg"屬性的地址表中用來描述地址長度的cell的數量。

有了這兩個屬性，子節點中的"reg"就可以描述一塊連續的地址區域。下例中，父節點中指定了"#address-cells = <2>" "#size-cells = <1>"，則子節點dev-bootscs0中的reg中的前兩個數表示一個地址，最後的0x4表示地址跨度是0x4

interrupts

一個計算機系統中大量設備都是通過中斷請求CPU服務的，所以設備節點中就需要在指定中斷號。常用的屬性有

• interrupt-controller 一個空屬性用來聲明這個node接收中斷信號
• #interrupt-cells，是中斷控制器節點的屬性，用來標識這個控制器需要幾個單位做中斷描述符,用來描述子節點中"interrupts"屬性使用了父節點中的interrupts屬性的具體的哪個值。一般，如果父節點的該屬性的值是3，則子節點的interrupts一個cell的三個32bits整數值分別為:<中斷域 中斷 觸發方式>,如果父節點的該屬性是2，則是<中斷 觸發方式>
• interrupt-parent,標識此設備節點屬於哪一個中斷控制器，如果沒有設置這個屬性，會自動依附父節點的
• interrupts,一個中斷標識符列表，表示每一個中斷輸出信號

這裡，在我板子上的dm9000的的設備節點中，"interrupt-parent"使用了exynos4x12-pinctrl.dtsi（被板級設備樹的exynos4412.dtsi包含）中的gpx0節點的引用，而在gpx0節點中，指定了"#interrupt-cells = <2>;"，所以在dm9000中的屬性"interrupts = <6 4>;"表示指定gpx0中的屬性"interrupts"中的"<0 22 0>"，通過查閱exynos4412的手冊知道，對應的中斷號是EINT[6]。

gpio

gpio也是最常見的IO口，常用的屬性有

• "gpio-controller"，用來說明該節點描述的是一個gpio控制器
• "#gpio-cells"，用來描述gpio使用節點的屬性一個cell的內容，即 屬性 = <&引用GPIO節點別名 GPIO標號 工作模式>

驅動自定義key

針對具體的設備，有部分屬性很難做到通用，需要驅動自己定義好，通過內核的屬性提取解析函數進行值的獲取，比如dm9000節點中的下面這句就是自定義的節點屬性，用以表示配置EEPROM不可用。

VALUE

dts描述一個鍵的值有多種方式，當然，一個鍵也可以沒有值

字符串信息

32bit無符號整型數組信息

二進制數數組

字符串哈希表

混合形式

上述幾種的混合形式

設備樹/驅動移植

設備樹就是為驅動服務的，配置好設備樹之後還需要配置相應的驅動才能檢測配置是否正確。比如dm9000網卡，就需要首先將示例信息掛接到我們的板級設備樹上，並根據芯片手冊和電路原理圖將相應的屬性進行配置，再配置相應的驅動。需要注意的是，dm9000的地址線一般是接在片選線上的，我這裡用的exynos4412，接在了bank1，所以是"<0x50000000 0x2 0x50000004 0x2>"
最終的配置結果是：

勾選相應的選項將dm9000的驅動編譯進內核。

make menuconfig
[*] Networking support  --->
    Networking options  --->
        <*> Packet socket
        <*>Unix domain sockets 
        [*] TCP/IP networking
        [*]   IP: kernel level autoconfiguration
Device Drivers  --->
    [*] Network device support  --->
        [*]   Ethernet driver support (NEW)  --->
            <*>   DM9000 support
File 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

執行make uImage;make dtbs,tftp下載，成功加載nfs根文件系統並進入系統，表示網卡移植成功