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ARM Linux 3.x的設備樹（Device Tree）宋寶華

阿新 • • 發佈：2017-12-08
3rd else 命名 number 部分 kernel 傳統 rtc trigge

1. ARM Device Tree起源

Linus Torvalds在2011年3月17日的ARM Linux郵件列表宣稱“this whole ARM thing is a f*cking pain in the ass”，引發ARM Linux社區的地震，隨後ARM社區進行了一系列的重大修正。在過去的ARM Linux中，arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx中充斥著大量的垃圾代碼，相當多數的代碼只是在描述板級細節，而這些板級細節對於內核來講，不過是垃圾，如板上的platform設備、resource、i2c_board_info、spi_board_info以及各種硬件的platform_data。讀者有興趣可以統計下常見的s3c2410、s3c6410等板級目錄，代碼量在數萬行。
社區必須改變這種局面，於是PowerPC等其他體系架構下已經使用的Flattened Device Tree（FDT）進入ARM社區的視野。Device Tree是一種描述硬件的數據結構，它起源於 OpenFirmware (OF)。在Linux 2.6中，ARM架構的板極硬件細節過多地被硬編碼在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx，采用Device Tree後，許多硬件的細節可以直接透過它傳遞給Linux，而不再需要在kernel中進行大量的冗余編碼。
Device Tree由一系列被命名的結點（node）和屬性（property）組成，而結點本身可包含子結點。所謂屬性，其實就是成對出現的name和value。在Device Tree中，可描述的信息包括（原先這些信息大多被hard code到kernel中）：

  • CPU的數量和類別
  • 內存基地址和大小
  • 總線和橋
  • 外設連接
  • 中斷控制器和中斷使用情況
  • GPIO控制器和GPIO使用情況
  • Clock控制器和Clock使用情況

它基本上就是畫一棵電路板上CPU、總線、設備組成的樹，Bootloader會將這棵樹傳遞給內核，然後內核可以識別這棵樹，並根據它展開出Linux內核中的platform_device、i2c_client、spi_device等設備，而這些設備用到的內存、IRQ等資源，也被傳遞給了內核，內核會將這些資源綁定給展開的相應的設備。

2. Device Tree組成和結構

整個Device Tree牽涉面比較廣，即增加了新的用於描述設備硬件信息的文本格式，又增加了編譯這一文本的工具，同時Bootloader也需要支持將編譯後的Device Tree傳遞給Linux內核。

DTS (device tree source)

.dts文件是一種ASCII 文本格式的Device Tree描述，此文本格式非常人性化，適合人類的閱讀習慣。基本上，在ARM Linux在，一個.dts文件對應一個ARM的machine，一般放置在內核的arch/arm/boot/dts/目錄。由於一個SoC可能對應多個machine（一個SoC可以對應多個產品和電路板），勢必這些.dts文件需包含許多共同的部分，Linux內核為了簡化，把SoC公用的部分或者多個machine共同的部分一般提煉為.dtsi，類似於C語言的頭文件。其他的machine對應的.dts就include這個.dtsi。譬如，對於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"
當然，和C語言的頭文件類似，.dtsi也可以include其他的.dtsi，譬如幾乎所有的ARM SoC的.dtsi都引用了skeleton.dtsi。
.dts（或者其include的.dtsi）基本元素即為前文所述的結點和屬性：

[plain] view plain copy
  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文件並沒有什麽真實的用途，但它基本表征了一個Device Tree源文件的結構：
1個root結點"/"；
root結點下面含一系列子結點，本例中為"node1" 和 "node2"；
結點"node1"下又含有一系列子結點，本例中為"child-node1" 和 "child-node2"；
各結點都有一系列屬性。這些屬性可能為空，如" an-empty-property"；可能為字符串，如"a-string-property"；可能為字符串數組，如"a-string-list-property"；可能為Cells（由u32整數組成），如"second-child-property"，可能為二進制數，如"a-byte-data-property"。
下面以一個最簡單的machine為例來看如何寫一個.dts文件。假設此machine的配置如下：
1個雙核ARM Cortex-A9 32位處理器；
ARM的local bus上的內存映射區域分布了2個串口（分別位於0x101F1000 和 0x101F2000）、GPIO控制器（位於0x101F3000）、SPI控制器（位於0x10170000）、中斷控制器（位於0x10140000）和一個external bus橋；
External bus橋上又連接了SMC SMC91111 Ethernet（位於0x10100000）、I2C控制器（位於0x10160000）、64MB NOR Flash（位於0x30000000）；
External bus橋上連接的I2C控制器所對應的I2C總線上又連接了Maxim DS1338實時鐘（I2C地址為0x58）。
其對應的.dts文件為：

[plain]
  1. / {
  2. compatible = "acme,coyotes-revenge";
  3. #address-cells = <1>;
  4. #size-cells = <1>;
  5. interrupt-parent = <&intc>;
  7. cpus {
  8. #address-cells = <1>;
  9. #size-cells = <0>;
  10. cpu@0 {
  11. compatible = "arm,cortex-a9";
  12. reg = <0>;
  13. };
  14. cpu@1 {
  15. compatible = "arm,cortex-a9";
  16. reg = <1>;
  17. };
  18. };
  20. serial@101f0000 {
  21. compatible = "arm,pl011";
  22. reg = <0x101f0000 0x1000 >;
  23. interrupts = < 1 0 >;
  24. };
  26. serial@101f2000 {
  27. compatible = "arm,pl011";
  28. reg = <0x101f2000 0x1000 >;
  29. interrupts = < 2 0 >;
  30. };
  32. gpio@101f3000 {
  33. compatible = "arm,pl061";
  34. reg = <0x101f3000 0x1000
  35. 0x101f4000 0x0010>;
  36. interrupts = < 3 0 >;
  37. };
  39. intc: interrupt-controller@10140000 {
  40. compatible = "arm,pl190";
  41. reg = <0x10140000 0x1000 >;
  42. interrupt-controller;
  43. #interrupt-cells = <2>;
  44. };
  46. spi@10115000 {
  47. compatible = "arm,pl022";
  48. reg = <0x10115000 0x1000 >;
  49. interrupts = < 4 0 >;
  50. };
  52. external-bus {
  53. #address-cells = <2>
  54. #size-cells = <1>;
  55. ranges = <0 0 0x10100000 0x10000 // Chipselect 1, Ethernet
  56. 1 0 0x10160000 0x10000 // Chipselect 2, i2c controller
  57. 2 0 0x30000000 0x1000000>; // Chipselect 3, NOR Flash
  59. ethernet@0,0 {
  60. compatible = "smc,smc91c111";
  61. reg = <0 0 0x1000>;
  62. interrupts = < 5 2 >;
  63. };
  65. i2c@1,0 {
  66. compatible = "acme,a1234-i2c-bus";
  67. #address-cells = <1>;
  68. #size-cells = <0>;
  69. reg = <1 0 0x1000>;
  70. interrupts = < 6 2 >;
  71. rtc@58 {
  72. compatible = "maxim,ds1338";
  73. reg = <58>;
  74. interrupts = < 7 3 >;
  75. };
  76. };
  78. flash@2,0 {
  79. compatible = "samsung,k8f1315ebm", "cfi-flash";
  80. reg = <2 0 0x4000000>;
  81. };
  82. };
  83. };

上述.dts文件中,root結點"/"的compatible 屬性compatible = "acme,coyotes-revenge";定義了系統的名稱，它的組織形式為：<manufacturer>,<model>。Linux內核透過root結點"/"的compatible 屬性即可判斷它啟動的是什麽machine。
在.dts文件的每個設備，都有一個compatible 屬性，compatible屬性用戶驅動和設備的綁定。compatible 屬性是一個字符串的列表，列表中的第一個字符串表征了結點代表的確切設備，形式為"<manufacturer>,<model>"，其後的字符串表征可兼容的其他設備。可以說前面的是特指，後面的則涵蓋更廣的範圍。如在arch/arm/boot/dts/vexpress-v2m.dtsi中的Flash結點：

[plain] view plain copy
  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屬性的第2個字符串"cfi-flash"明顯比第1個字符串"arm,vexpress-flash"涵蓋的範圍更廣。
再比如，Freescale MPC8349 SoC含一個串口設備，它實現了國家半導體（National Semiconductor）的ns16550 寄存器接口。則MPC8349串口設備的compatible屬性為compatible = "fsl,mpc8349-uart", "ns16550"。其中，fsl,mpc8349-uart指代了確切的設備， ns16550代表該設備與National Semiconductor 的16550 UART保持了寄存器兼容。
接下來root結點"/"的cpus子結點下面又包含2個cpu子結點，描述了此machine上的2個CPU，並且二者的compatible 屬性為"arm,cortex-a9"。
註意cpus和cpus的2個cpu子結點的命名，它們遵循的組織形式為：<name>[@<unit-address>]，<>中的內容是必選項，[]中的則為可選項。name是一個ASCII字符串，用於描述結點對應的設備類型，如3com Ethernet適配器對應的結點name宜為ethernet，而不是3com509。如果一個結點描述的設備有地址，則應該給出@unit-address。多個相同類型設備結點的name可以一樣，只要unit-address不同即可，如本例中含有cpu@0、cpu@1以及serial@101f0000與serial@101f2000這樣的同名結點。設備的unit-address地址也經常在其對應結點的reg屬性中給出。ePAPR標準給出了結點命名的規範。
可尋址的設備使用如下信息來在Device Tree中編碼地址信息：

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

其中reg的組織形式為reg = <address1 length1 [address2 length2] [address3 length3] ... >，其中的每一組address length表明了設備使用的一個地址範圍。address為1個或多個32位的整型（即cell），而length則為cell的列表或者為空（若#size-cells = 0）。address 和 length 字段是可變長的，父結點的#address-cells和#size-cells分別決定了子結點的reg屬性的address和length字段的長度。在本例中，root結點的#address-cells = <1>;和#size-cells = <1>;決定了serial、gpio、spi等結點的address和length字段的長度分別為1。cpus 結點的#address-cells = <1>;和#size-cells = <0>;決定了2個cpu子結點的address為1，而length為空，於是形成了2個cpu的reg = <0>;和reg = <1>;。external-bus結點的#address-cells = <2>和#size-cells = <1>;決定了其下的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字段長度為0，開始的第一個cell（0、1、2）是對應的片選，第2個cell（0，0，0）是相對該片選的基地址，第3個cell（0x1000、0x1000、0x4000000）為length。特別要留意的是i2c結點中定義的 #address-cells = <1>;和#size-cells = <0>;又作用到了I2C總線上連接的RTC，它的address字段為0x58，是設備的I2C地址。
root結點的子結點描述的是CPU的視圖，因此root子結點的address區域就直接位於CPU的memory區域。但是，經過總線橋後的address往往需要經過轉換才能對應的CPU的memory映射。external-bus的ranges屬性定義了經過external-bus橋後的地址範圍如何映射到CPU的memory區域。

[plain] view plain copy
  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是地址轉換表，其中的每個項目是一個子地址、父地址以及在子地址空間的大小的映射。映射表中的子地址、父地址分別采用子地址空間的#address-cells和父地址空間的#address-cells大小。對於本例而言，子地址空間的#address-cells為2，父地址空間的#address-cells值為1，因此0 0 0x10100000 0x10000的前2個cell為external-bus後片選0上偏移0，第3個cell表示external-bus後片選0上偏移0的地址空間被映射到CPU的0x10100000位置，第4個cell表示映射的大小為0x10000。ranges的後面2個項目的含義可以類推。


Device Tree中還可以中斷連接信息，對於中斷控制器而言，它提供如下屬性：
interrupt-controller – 這個屬性為空，中斷控制器應該加上此屬性表明自己的身份；
#interrupt-cells – 與#address-cells 和 #size-cells相似，它表明連接此中斷控制器的設備的interrupts屬性的cell大小。
在整個Device Tree中，與中斷相關的屬性還包括：
interrupt-parent – 設備結點透過它來指定它所依附的中斷控制器的phandle，當結點沒有指定interrupt-parent 時，則從父級結點繼承。對於本例而言，root結點指定了interrupt-parent = <&intc>;其對應於intc: interrupt-controller@10140000，而root結點的子結點並未指定interrupt-parent，因此它們都繼承了intc，即位於0x10140000的中斷控制器。
interrupts – 用到了中斷的設備結點透過它指定中斷號、觸發方法等，具體這個屬性含有多少個cell，由它依附的中斷控制器結點的#interrupt-cells屬性決定。而具體每個cell又是什麽含義，一般由驅動的實現決定，而且也會在Device Tree的binding文檔中說明。譬如，對於ARM GIC中斷控制器而言，#interrupt-cells為3，它3個cell的具體含義Documentation/devicetree/bindings/arm/gic.txt就有如下文字說明：

[plain]
  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，值得註意的是，一個設備還可能用到多個中斷號。對於ARM GIC而言，若某設備使用了SPI的168、169號2個中斷，而言都是高電平觸發，則該設備結點的interrupts屬性可定義為：interrupts = <0 168 4>, <0 169 4>;
除了中斷以外，在ARM Linux中clock、GPIO、pinmux都可以透過.dts中的結點和屬性進行描述。

DTC (device tree compiler)

將.dts編譯為.dtb的工具。DTC的源代碼位於內核的scripts/dtc目錄，在Linux內核使能了Device Tree的情況下，編譯內核的時候主機工具dtc會被編譯出來，對應scripts/dtc/Makefile中的“hostprogs-y := dtc”這一hostprogs編譯target。
在Linux內核的arch/arm/boot/dts/Makefile中，描述了當某種SoC被選中後，哪些.dtb文件會被編譯出來，如與VEXPRESS對應的.dtb包括：

[plain] view plain copy
  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，我們可以單獨編譯Device Tree文件。當我們在Linux內核下運行make dtbs時，若我們之前選擇了ARCH_VEXPRESS，上述.dtb都會由對應的.dts編譯出來。因為arch/arm/Makefile中含有一個dtbs編譯target項目。

Device Tree Blob (.dtb)

.dtb是.dts被DTC編譯後的二進制格式的Device Tree描述，可由Linux內核解析。通常在我們為電路板制作NAND、SD啟動image時，會為.dtb文件單獨留下一個很小的區域以存放之，之後bootloader在引導kernel的過程中，會先讀取該.dtb到內存。

Binding

對於Device Tree中的結點和屬性具體是如何來描述設備的硬件細節的，一般需要文檔來進行講解，文檔的後綴名一般為.txt。這些文檔位於內核的Documentation/devicetree/bindings目錄，其下又分為很多子目錄。

Bootloader

Uboot mainline 從 v1.1.3開始支持Device Tree，其對ARM的支持則是和ARM內核支持Device Tree同期完成。
為了使能Device Tree，需要編譯Uboot的時候在config文件中加入
#define CONFIG_OF_LIBFDT
在Uboot中，可以從NAND、SD或者TFTP等任意介質將.dtb讀入內存，假設.dtb放入的內存地址為0x71000000，之後可在Uboot運行命令fdt addr命令設置.dtb的地址，如：
U-Boot> fdt addr 0x71000000
fdt的其他命令就變地可以使用，如fdt resize、fdt print等。
對於ARM來講，可以透過bootz kernel_addr initrd_address dtb_address的命令來啟動內核，即dtb_address作為bootz或者bootm的最後一次參數，第一個參數為內核映像的地址，第二個參數為initrd的地址，若不存在initrd，可以用 -代替。

3. Device Tree引發的BSP和驅動變更

有了Device Tree後，大量的板級信息都不再需要，譬如過去經常在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx實施的如下事情：
1. 註冊platform_device，綁定resource，即內存、IRQ等板級信息。

透過Device Tree後，形如

[cpp]

  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 };

之類的platform_device代碼都不再需要，其中platform_device會由kernel自動展開。而這些resource實際來源於.dts中設備結點的reg、interrupts屬性。典型地，大多數總線都與“simple_bus”兼容，而在SoC對應的machine的.init_machine成員函數中，調用of_platform_bus_probe(NULL, xxx_of_bus_ids, NULL);即可自動展開所有的platform_device。譬如，假設我們有個XXX SoC，則可在arch/arm/mach-xxx/的板文件中透過如下方式展開.dts中的設備結點對應的platform_device：

[cpp]
  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. 註冊i2c_board_info，指定IRQ等板級信息。

形如

[cpp]

  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 };

之類的i2c_board_info代碼，目前不再需要出現，現在只需要把tlv320aic23、fm3130、24c64這些設備結點填充作為相應的I2C controller結點的子結點即可，類似於前面的

[cpp] view plain copy
  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會透過I2C host驅動的probe()函數中調用of_i2c_register_devices(&i2c_dev->adapter);被自動展開。

3. 註冊spi_board_info，指定IRQ等板級信息。

形如

[cpp] view plain copy
  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 };

之類的spi_board_info代碼，目前不再需要出現，與I2C類似，現在只需要把mtd_dataflash之類的結點，作為SPI控制器的子結點即可，SPI host驅動的probe函數透過spi_register_master()註冊master的時候，會自動展開依附於它的slave。

4. 多個針對不同電路板的machine，以及相關的callback。

過去，ARM Linux針對不同的電路板會建立由MACHINE_START和MACHINE_END包圍起來的針對這個machine的一系列callback，譬如：

[cpp] view plain copy
  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

這些不同的machine會有不同的MACHINE ID，Uboot在啟動Linux內核時會將MACHINE ID存放在r1寄存器，Linux啟動時會匹配Bootloader傳遞的MACHINE ID和MACHINE_START聲明的MACHINE ID，然後執行相應machine的一系列初始化函數。

引入Device Tree之後，MACHINE_START變更為DT_MACHINE_START，其中含有一個.dt_compat成員，用於表明相關的machine與.dts中root結點的compatible屬性兼容關系。如果Bootloader傳遞給內核的Device Tree中root結點的compatible屬性出現在某machine的.dt_compat表中，相關的machine就與對應的Device Tree匹配，從而引發這一machine的一系列初始化函數被執行。

[cpp] view plain copy
  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倡導針對多個SoC、多個電路板的通用DT machine，即一個DT machine的.dt_compat表含多個電路板.dts文件的root結點compatible屬性字符串。之後，如果的電路板的初始化序列不一樣，可以透過int of_machine_is_compatible(const char *compat) API判斷具體的電路板是什麽。

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

[cpp] view plain copy
  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 <[email protected]> */
  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成員函數就針對不同的machine進行了不同的分支處理：

[cpp] view plain copy
  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後，驅動需要與.dts中描述的設備結點進行匹配，從而引發驅動的probe()函數執行。對於platform_driver而言，需要添加一個OF匹配表，如前文的.dts文件的"acme,a1234-i2c-bus"兼容I2C控制器結點的OF匹配表可以是：

[cpp] view plain copy

  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);

對於I2C和SPI從設備而言，同樣也可以透過of_match_table添加匹配的.dts中的相關結點的compatible屬性，如sound/soc/codecs/wm8753.c中的：

[cpp] view plain copy
  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 };

不過這邊有一點需要提醒的是，I2C和SPI外設驅動和Device Tree中設備結點的compatible 屬性還有一種弱式匹配方法，就是別名匹配。compatible 屬性的組織形式為<manufacturer>,<model>，別名其實就是去掉compatible 屬性中逗號前的manufacturer前綴。關於這一點，可查看drivers/spi/spi.c的源代碼，函數spi_match_device()暴露了更多的細節，如果別名出現在設備spi_driver的id_table裏面，或者別名與spi_driver的name字段相同，SPI設備和驅動都可以匹配上：

[cpp] view plain copy
  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和驅動代碼中，還經常會使用到Linux中一組Device Tree的API,這些API通常被冠以of_前綴，它們的實現代碼位於內核的drivers/of目錄。這些常用的API包括：

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

判斷設備結點的compatible 屬性是否包含compat指定的字符串。當一個驅動支持2個或多個設備的時候，這些不同.dts文件中設備的compatible 屬性都會進入驅動 OF匹配表。因此驅動可以透過Bootloader傳遞給內核的Device Tree中的真正結點的compatible 屬性以確定究竟是哪一種設備，從而根據不同的設備類型進行不同的處理。如drivers/pinctrl/pinctrl-sirf.c即兼容於"sirf,prima2-pinctrl"，又兼容於"sirf,prima2-pinctrl"，在驅動中就有相應分支處理：

[cpp] view plain copy
  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);

根據compatible屬性，獲得設備結點。遍歷Device Tree中所有的設備結點，看看哪個結點的類型、compatible屬性與本函數的輸入參數匹配，大多數情況下，from、type為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);

讀取設備結點np的屬性名為propname，類型為8、16、32、64位整型數組的屬性。對於32位處理器來講，最常用的是of_property_read_u32_array()。如在arch/arm/mm/cache-l2x0.c中，透過如下語句讀取L2 cache的"arm,data-latency"屬性：

[cpp] view plain copy
  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"屬性的L2 cache結點如下：

[cpp] view plain copy
  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 }


有些情況下，整形屬性的長度可能為1，於是內核為了方便調用者，又在上述API的基礎上封裝出了更加簡單的讀單一整形屬性的API，它們為int of_property_read_u8()、of_property_read_u16()等，實現於include/linux/of.h：

[cpp]
  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);

前者讀取字符串屬性，後者讀取字符串數組屬性中的第index個字符串。如drivers/clk/clk.c中的of_clk_get_parent_name()透過of_property_read_string_index()遍歷clkspec結點的所有"clock-output-names"字符串數組屬性。

[cpp]
  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);

如果設備結點np含有propname屬性，則返回true，否則返回false。一般用於檢查空屬性是否存在。

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

通過設備結點直接進行設備內存區間的 ioremap()，index是內存段的索引。若設備結點的reg屬性有多段，可通過index標示要ioremap的是哪一段，只有1段的情況，index為0。采用Device Tree後，大量的設備驅動通過of_iomap()進行映射，而不再通過傳統的ioremap。

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

透過Device Tree或者設備的中斷號，實際上是從.dts中的interrupts屬性解析出中斷號。若設備使用了多個中斷，index指定中斷的索引號。

還有一些OF API，這裏不一一列舉，具體可參考include/linux/of.h頭文件。

5. 總結

ARM社區一貫充斥的大量垃圾代碼導致Linus盛怒，因此社區在2011年到2012年進行了大量的工作。ARM Linux開始圍繞Device Tree展開，Device Tree有自己的獨立的語法，它的源文件為.dts，編譯後得到.dtb，Bootloader在引導Linux內核的時候會將.dtb地址告知內核。之後內核會展開Device Tree並創建和註冊相關的設備，因此arch/arm/mach-xxx和arch/arm/plat-xxx中大量的用於註冊platform、I2C、SPI板級信息的代碼被刪除，而驅動也以新的方式和.dts中定義的設備結點進行匹配。

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