扁平设备树FDT在ARM Linux中的应用研究

(4) SoC节点

SoC节点描述了CPU上集成的外设接口，例如I2C、SPI、串口等。SoC节点包含的属性有：device_type为节点设备类型，必须设为“soc”；ranges节点表示SoC寄存器地址。

(5) chosen节点

chosen节点不是用来描述硬件资源的信息，而是向Linux 内核传递一些运行时的参数。使用chosen节点可以取代Bootloader通过tag list传递运行参数给Linux 内核。例如：bootargs这个属性传递的是command line的信息；initrd-start这个属性传递是initrd的开始地址。

(6) aliases节点

aliases节点定义了一些节点的别名。在FDT源文件中引用一个节点时要指明相对于根节点的绝对路径，例如/node-name-1/node-name-2。aliases 节点定义一些节点路径的别名，使引用节点变得简洁。

Linux内核开发者把SoC芯片公用的.dts文件单独分离出来，保存为.dtsi文件。当其他.dts文件需要使用这些公共的.dtsi文件时，就把该.dtsi包含进去。大部分的ARM SoC的.dtsi文件都引用了arch/arm/boot/dts/skeleton.dtsi这个设备树源码文件。

1.2 FDT源码编译器(Device tree compiler)

FDT源码编译器是将FDT源码文件(.dts)编译为FDT二进制文件(.dtb)的工具。配置Linux内核时，选中CONFIG_DTC选项，Linux内核在编译的过程中会自动编译生成设备树编译器。在Linux内核源码根目录下运行make dtbs命令时，设备树源码编译器会把选中的.dts编译成.dtb。

1.3 FDT二进制文件(Device tree blob)

使用设备树源码编译器把.dts格式的设备树源码文件编译成.dtb格式的FDT二进制文件。在制作板级硬件启动镜像时，通常会在指定区域存放.dtb文件，Bootloader在引导内核的过程中会把该.dtb文件读取到特定内存区域中。

2 FDT在ARM Linux中的应用

ARM Linux未引入FDT时，ARM Linux内核在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx做的主要工作是[6]：

注册platform_device，绑定resource：

static struct resource xxx_resources[] = {

[0] = {

.start= …,

.end= …,

.flags= IORESOURCE_MEM,

},

[1] = {

.start=…,

.end=…,

.flags=IORESOURCE_IRQ,

},

};

static struct platform_device xxx_device={

name="xxx",

.id=-1,

.dev= {

.platform_data=&xxx_data,

},

.resource=xxx_resources,

.num_resources=ARRAY_SIZE(xxx_resources),

};

注册i2c_board_info、spi_board_info等：

static struct i2c_board_info __initdataxxx_i2c_devices[]={

{I2C_BOARD_INFO("name", 0x1a), },

};

static struct spi_board_infoxxx_spi_devices[] ={

{/* DataFlash chip */

.modalias="mtd_dataflash",

.chip_select=1,

.max_speed_hz=15*1000*1000,

.bus_num=0,

},

};

填充由MACHINE_START和MACHINE_END包围起来的的一系列callback函数：

MACHINE_START(xxx_board,"ARM-xxx")

.atag_offset=0x100,

.map_io=xxx_map_io,

.init_early=xxx_init_early,

.init_irq=xxx_init_irq,

.timer=& xxx_timer,

.handle_irq=gic_handle_irq,

.init_machine=xxx _init,

.restart=xxx_board _restart,

MACHINE_END

使用FDT后，resource信息可以从.dts节点中的reg、interrupts等属性得到； Linux内核中板级硬件的回调函数通过调用函数of_platform_bus_probe(NULL,xxx_of_bus_ids, NULL)，即可自动展开所有的platform_device。

假设有一款ARM芯片的板级硬件，Linux内核在arch/arm/mach-xxx/的板级文件中使用如下方式展开.dts文件中的设备节点对应的平台设备信息：

static struct of_device_id xxx_of_bus_ids[]__initdata = {

{ .compatible="simple-bus", },

{},

};

void __init xxx_mach_init(void){

of_platform_bus_probe(NULL,xxx_of_bus_ids, NULL);

}

#ifdef CONFIG_ARCH_XXX

DT_MACHINE_START(XXX_DT, "Generic XXX (Flattened Device Tree)")

……

.init_machine=xxx_mach_init,

……

MACHINE_END

#endif

把I2C、SPI等这些硬件设备信息填充到对应的FDT源码文件中的I2C controller、SPI controller节点上去，I2C host驱动、SPI host驱动的probe函数在注册主设备的时候获得这些硬件信息：

i2c2: i2c@e1a00000 {

compatible="yyyy,xxxx-i2c";

reg=<0xe1a00000 0x1000>;

#address-cells=<1>;

#size-cells=<0>;

……

};

spi0: spi@e1300000 {

compatible="yyyy,xxxx-spi";

reg=<0xe1300000 0x1000>;

#address-cells=<1>;

#size-cells=<0>;

……

};

MACHINE_START和MACHINE_END包围起来的一系列板级硬件callback函数变成为：

static const char * constxxx_dt_match[]__initconst={

"arm,xxx_board",

NULL,

};

DT_MACHINE_START(XXX_BOARD_DT, "ARM-xxx")

.dt_compat=xxx_dt_match,

.smp=smp_ops(xxx_board_smp_ops),

.map_io=xxx_dt_map_io,

.init_early=xxx_dt_init_early,

.init_irq=xxx_dt_init_irq,

.timer=&xxx_dt_timer,

.init_machine=xxx_dt_init,

.handle_irq=gic_handle_irq,

.restart=xxx_board_restart,

MACHINE_END

.dt_compat成员是用来表明相关的板级硬件与.dts文件中根节点的compatible属性的兼容关系。如果Bootloader传递给内核的设备树中根结点的compatible属性出现在某个板级硬件的.dt_compat表中，相关的板级硬件就与对应的设备树匹配，被执行相关板级硬件的初始化函数。

对驱动来说，当驱动与.dts中描述的设备节点匹配后，会执行驱动的probe()函数。对于平台驱动而言，需要添加一个OF匹配表。例如.dts文件的"acme,xxx-i2c-bus"兼容I2C控制器节点的OF匹配表为：

static const struct of_device_idxxx_i2c_of_match[]={

{.compatible="yyy,xxx-i2c-bus ", },

{},

};

MODULE_DEVICE_TABLE(of,xxx_i2c_of_match);

static struct platform_driver i2c_xxx_driver={

.driver={

.name="xxx-i2c-bus ",

.owner=THIS_MODULE,

.of_match_table=xxx_i2c_of_match,

},

.probe=i2c_xxx_probe,

.remove=i2c_xxx_remove,

}

结 语

本文介绍了FDT的优点及其在ARM Linux的用法，详细阐述了ARM Linux引入FDT后，相关内核板级支持包和驱动代码的变化。在ARM Linux引入FDT后，删除

[1] Grant Likely,Josh Boyer.A Symphony of Flavours: Using the device tree to describe embedded hardware[R].Ottawa,Canada:Linux Symposium,2008.

[2] SUN.The Open Firmware Home Page[EB/OL].[2016-10].http://playground.sun.com/1275/home.html,2005.

[3] 宋宝华.Linux设备驱动开发详解:基于最新的Linux4.0内核[M].北京:机械工业出版社,2015.

[4] devicetree-specification-v0.1[EB/OL].[2016-10].https://www.devicetree.org/specifications/.

[5] 邱文华.基于扁平设备树的Linux内核启动方式[J].现代计算机:专业版,2009.

[6] ARM Linux 3.x的设备树(Device Tree)[EB/OL].[2016-10].http://blog.csdn.net/21cnbao/article/details/8457546.

[7] Device Tree[EB/OL].[2016-10].http://elinux.org/Device_Tree.

罗名驹、贾志文(硕士研究生)，主要研究方向为嵌入式系统应用；陈益民(副教授)，主要研究方向为测试计量技术、监测自动化装置、光伏产品监测技术。

Application of Flattened Device Tree in ARM Linux

Luo Mingju,Chen Yimin,Jia Zhiwen

(School of Information Engineering,Guangdong University of Technology,Guangzhou 510006,China)

Flattened Device Tree is introduced into ARM Linux,that can directly put the detailed description of board-level hardware information to the Linux kernel.So the arch/arm in the Linux kernel directory’s redundant codes which describing board-level hardware details are reduced.The reusability of the Linux kernel codes is improved when we write the most board-level hardware features related code in the device tree files and device drivers.It also can avoid modifying a lot of ARM Linux kernel codes to support the new hardware,and accelerate speed to develop the ARM Linux board support package.Using the existing kernel image to boot with the same chipset hardware platform is possible.

flattened device tree;ARM;Linux kernel

TP311

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2016-10-25)