扁平設備樹FDT在ARM Linux中的應用研究

(4) SoC節點

SoC節點描述了CPU上集成的外設接口，例如I2C、SPI、串口等。SoC節點包含的屬性有：device_type為節點設備類型，必須設為“soc”；ranges節點表示SoC寄存器地址。

(5) chosen節點

chosen節點不是用來描述硬件資源的信息，而是向Linux 內核傳遞一些運行時的參數。使用chosen節點可以取代Bootloader通過tag list傳遞運行參數給Linux 內核。例如：bootargs這個屬性傳遞的是command line的信息；initrd-start這個屬性傳遞是initrd的開始地址。

(6) aliases節點

aliases節點定義了一些節點的別名。在FDT源文件中引用一個節點時要指明相對于根節點的絕對路徑，例如/node-name-1/node-name-2。aliases 節點定義一些節點路徑的別名，使引用節點變得簡潔。

Linux內核開發者把SoC芯片公用的.dts文件單獨分離出來，保存為.dtsi文件。當其他.dts文件需要使用這些公共的.dtsi文件時，就把該.dtsi包含進去。大部分的ARM SoC的.dtsi文件都引用了arch/arm/boot/dts/skeleton.dtsi這個設備樹源碼文件。

1.2 FDT源碼編譯器(Device tree compiler)

FDT源碼編譯器是將FDT源碼文件(.dts)編譯為FDT二進制文件(.dtb)的工具。配置Linux內核時，選中CONFIG_DTC選項，Linux內核在編譯的過程中會自動編譯生成設備樹編譯器。在Linux內核源碼根目錄下運行make dtbs命令時，設備樹源碼編譯器會把選中的.dts編譯成.dtb。

1.3 FDT二進制文件(Device tree blob)

使用設備樹源碼編譯器把.dts格式的設備樹源碼文件編譯成.dtb格式的FDT二進制文件。在制作板級硬件啟動鏡像時，通常會在指定區域存放.dtb文件，Bootloader在引導內核的過程中會把該.dtb文件讀取到特定內存區域中。

2 FDT在ARM Linux中的應用

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

注冊platform_device，綁定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),

};

注冊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包圍起來的的一系列callback函數：

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信息可以從.dts節點中的reg、interrupts等屬性得到； Linux內核中板級硬件的回調函數通過調用函數of_platform_bus_probe(NULL,xxx_of_bus_ids, NULL)，即可自動展開所有的platform_device。

假設有一款ARM芯片的板級硬件，Linux內核在arch/arm/mach-xxx/的板級文件中使用如下方式展開.dts文件中的設備節點對應的平臺設備信息：

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等這些硬件設備信息填充到對應的FDT源碼文件中的I2C controller、SPI controller節點上去，I2C host驅動、SPI host驅動的probe函數在注冊主設備的時候獲得這些硬件信息：

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包圍起來的一系列板級硬件callback函數變成為：

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成員是用來表明相關的板級硬件與.dts文件中根節點的compatible屬性的兼容關系。如果Bootloader傳遞給內核的設備樹中根結點的compatible屬性出現在某個板級硬件的.dt_compat表中，相關的板級硬件就與對應的設備樹匹配，被執行相關板級硬件的初始化函數。

對驅動來說，當驅動與.dts中描述的設備節點匹配后，會執行驅動的probe()函數。對于平臺驅動而言，需要添加一個OF匹配表。例如.dts文件的"acme,xxx-i2c-bus"兼容I2C控制器節點的OF匹配表為：

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,

}

結 語

本文介紹了FDT的優點及其在ARM Linux的用法，詳細闡述了ARM Linux引入FDT后，相關內核板級支持包和驅動代碼的變化。在ARM Linux引入FDT后，刪除

[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] 宋寶華.Linux設備驅動開發詳解:基于最新的Linux4.0內核[M].北京:機械工業出版社,2015.

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

[5] 邱文華.基于扁平設備樹的Linux內核啟動方式[J].現代計算機:專業版,2009.

[6] ARM Linux 3.x的設備樹(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.

羅名駒、賈志文(碩士研究生)，主要研究方向為嵌入式系統應用；陳益民(副教授)，主要研究方向為測試計量技術、監測自動化裝置、光伏產品監測技術。

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)