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第三课:内核对设备树的处理
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这一课是设备树中最重要的一课。 前面我们从内核文档了解到,对于设备树,它里面描述的信息可以分为这三部分: Linux uses DT data for three major purposes: 1) platform identification, 2) runtime configuration, and 3) device population. 事实上,内核对设备树的处理,也会分为与其对应的三部分: 对于<code>platform identification</code>,将在<code>第02节_对设备树中平台信息的处理(选择machine_desc)</code>进行分析; 对于<code>runtime configuration</code>,将在<code>第03节_对设备树中运行时配置信息的处理</code>进行分析; 对于<code>device population</code>,将在<code>第04-06节</code>进行分析; =第01节_从源头分析_内核head.S对dtb的简单处理= 现在我们开始第一节,我们要从源头分析,uboot将一些参数,设备树文件传给内核,那么内核如何处理这些设备树文件呢? 我们需要从内核的第一个执行文件<code>head.S</code>开始分析。 == r0,r1,r2三个寄存器的设置 == bootloader启动内核时,会设置r0,r1,r2三个寄存器, r0一般设置为0; r1一般设置为machine id (在使用设备树时该参数没有被使用); r2一般设置ATAGS或DTB的开始地址; 这里的machine id,是让内核知道是哪个CPU,从而调用对应的初始化函数。 以前没有使用设备树时,需要bootloader传一个machine id给内核,现在使用设备树的话,这个参数就不需要设置了。 r2要么是以前的ATAGS开始地址,要么是现在使用设备树后的DTB文件开始地址。 对于ATAGS传参方法, 可以参考我们的"毕业班视频-自己写bootloader" 从www.100ask.net下载页面打开百度网盘, 打开如下目录: 100ask分享的所有文件 006_u-boot_内核_根文件系统(新1期_2期间的衔接) 视频 第002课_从0写bootloader_更深刻理解bootloader == head.S的内容 == 内核<code>head.S</code>所做工作如下: a. __lookup_processor_type : 使用汇编指令读取CPU ID, 根据该ID找到对应的proc_info_list结构体(里面含有这类CPU的初始化函数、信息) b. __vet_atags : 判断是否存在可用的ATAGS或DTB c. __create_page_tables : 创建页表, 即创建虚拟地址和物理地址的映射关系 d. __enable_mmu : 使能MMU, 以后就要使用虚拟地址了 e. __mmap_switched : 上述函数里将会调用__mmap_switched f. 把bootloader传入的r2参数, 保存到变量__atags_pointer中 g. 调用C函数start_kernel == 最终效果 == head.S和head-common.S最终效果: 把bootloader传来的r1值, 赋给了C变量: __machine_arch_type 把bootloader传来的r2值, =第02节_对设备树中平台信息的处理(选择machine_desc)= 这节讲解内核对设备树中平台设备信息是如何处理的。 == 内核是如何选择对应的machine_desc? == 前面讲解到,一个编译成uImage的内核镜像文件,可以支持多个单板,这里假设支持smdk2410、smdk2440、jz2440(其中smdk2410、smdk2440是厂家的公板,国内的厂家参考公板设计出了自己的板子,比如jz2440)。 这些板子的配置稍有不同,需要做一些单独的初始化,在内核里面,对于这些单板,都构造了一个machine_desc结构体,里面有.init和.nr。 对于JZ2440,它源自smdk2440,内核没有它的单独文件,它使用smdk2440的相关文件,代码。 在上一节视频里面我们说过,以前uboot使用ATAGS给内核传参数时,它会传入一个机器ID,内核会使用这个机器ID找到最合适的machine_desc。即机器ID与machine_desc里面的.nr比较,相等就表示找到了对应的machine_desc。 当我们的uboot不使用ATAGS传参数,而使用DTB文件时,那么这时内核是如何选择对应的machine_desc呢? 在设备树文件的根节点里,有如下两行: <syntaxhighlight lang="c" > model = "SMDK24440"; compatible = "samsung,smdk2440","samsung,smdk24140","samsung,smdk24xx"; </syntaxhighlight> 这里的<code>compatible</code>属性声明想要什么<code>machine_desc</code>,属性值可以是一系列字符串,依次与<code>machine_desc</code>匹配。 内核最好支持<code>samsung,smdk2440</code>,如果不支持,再尝试是否支持<code>samsung,smdk24140</code>,再不支持,最后尝试<code>samsung,smdk24xx</code> 总结如下: a. 设备树根节点的compatible属性列出了一系列的字符串, ::表示它兼容的单板名,从"最兼容"到次之; b. 内核中有多个machine_desc, ::其中有dt_compat成员, 它指向一个字符串数组, 里面表示该machine_desc支持哪些单板; c. 使用compatile属性的值, 跟'''每一个machine_desc.dt_compat'''比较, ::成绩为"吻合的compatile属性值的位置", ::成绩越低越匹配, 对应的machine_desc即被选中 == start_kernel的调用过程== 上节视频里,head.S会把DTB的位置保存在变量<code>__atags_pointer</code>里,最后调用<code>start_kernel</code>。 <code>start_kernel</code>的调用过程如下: <syntaxhighlight lang="c" > start_kernel // init/main.c setup_arch(&command_line); // arch/arm/kernel/setup.c mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer); // arch/arm/kernel/devtree.c early_init_dt_verify(phys_to_virt(dt_phys) // 判断是否有效的dtb, drivers/of/ftd.c initial_boot_params = params; mdesc = of_flat_dt_match_machine(mdesc_best, arch_get_next_mach); // 找到最匹配的machine_desc, drivers/of/ftd.c while ((data = get_next_compat(&compat))) { score = of_flat_dt_match(dt_root, compat); if (score > 0 && score < best_score) { best_data = data; best_score = score; } } machine_desc = mdesc; </syntaxhighlight> =第03节_对设备树中运行时配置信息的处理= =第04节_dtb转换为device_node(unflatten)= =第05节_device_node转换为platform_device= 内核如何把device_node转换成platfrom_device ==两个问题== a.那些device_node可以转换为platform_device <syntaxhighlight lang="c" > / { model = "SMDK24440"; compatible = "samsung,smdk2440"; #address-cells = <1>; #size-cells = <1>; //内存设备不会 memory@30000000 { device_type = "memory"; reg = <0x30000000 0x4000000>; }; /* cpus { cpu { compatible = "arm,arm926ej-s"; }; }; */ //只是设置一些启动信息 chosen { bootargs = "noinitrd root=/dev/mtdblock4 rw init=/linuxrc console=ttySAC0,115200"; }; /*只有这个led设备才对转换成platfrom_device */ led { compatible = "jz2440_led"; reg = <S3C2410_GPF(5) 1>; }; /************************************/ }; </syntaxhighlight> #a. 内核函数of_platform_default_populate_init, 遍历device_node树, 生成platform_device #b. 并非所有的device_node都会转换为platform_device只有以下的device_node会转换: ##b.1 该节点必须含有compatible属性 ##b.2 根节点的子节点(节点必须含有compatible属性) ##b.3 含有特殊compatible属性的节点的子节点(子节点必须含有compatible属性): 这些特殊的compatilbe属性为:<code> "simple-bus","simple-mfd","isa","arm,amba-bus "</code> 根节点是例外的,生成platfrom_device时,即使有compatible属性也不会处理 举例 cpu可以访问很多外设,spi控制器 I2c控制器,led [[File:ldd_devicetree_chapter3_5_001.png|800px]] 如何在设备树中描述这些硬件? b.4 示例: 比如以下的节点, /mytest会被转换为platform_device, 因为它兼容"simple-bus", 它的子节点/mytest/mytest@0 也会被转换为platform_device /i2c节点一般表示i2c控制器, 它会被转换为platform_device, 在内核中有对应的platform_driver; /i2c/at24c02节点不会被转换为platform_device, 它被如何处理完全由父节点的platform_driver决定, 一般是被创建为一个i2c_client。 类似的也有/spi节点, 它一般也是用来表示SPI控制器, 它会被转换为platform_device, 在内核中有对应的platform_driver; /spi/flash@0节点不会被转换为platform_device, 它被如何处理完全由父节点的platform_driver决定, 一般是被创建为一个spi_device。 <syntaxhighlight lang="c" > / { mytest { compatile = "mytest", "simple-bus"; mytest@0 { compatile = "mytest_0"; }; }; i2c { compatile = "samsung,i2c"; at24c02 { compatile = "at24c02"; }; }; spi { compatile = "samsung,spi"; flash@0 { compatible = "winbond,w25q32dw"; spi-max-frequency = <25000000>; reg = <0>; }; }; }; </syntaxhighlight> b.怎么转换 函数调用过程: a. 入口函数 of_platform_default_populate_init (drivers/of/platform.c) 被调用到过程: [[File:ldd_devicetree_chapter3_5_003.png|800px]] 里面有段属性,编译内核段属性的变量会被集中放在一起 vim arch/arm/kernel/vmlinux.lds <syntaxhighlight lang="c" > start_kernel // init/main.c rest_init(); pid = kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS); kernel_init kernel_init_freeable(); do_basic_setup(); do_initcalls(); for (level = 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1; level++) do_initcall_level(level); // 比如 do_initcall_level(3) for (fn = initcall_levels[3]; fn < initcall_levels[3+1]; fn++) do_one_initcall(initcall_from_entry(fn)); // 就是调用"arch_initcall_sync(fn)"中定义的fn函数 </syntaxhighlight> b. of_platform_default_populate_init (drivers/of/platform.c) 生成platform_device的过程: 遍历device树 图3 <syntaxhighlight lang="c" > of_platform_default_populate_init of_platform_default_populate(NULL, NULL, NULL); of_platform_populate(NULL, of_default_bus_match_table, NULL, NULL) for_each_child_of_node(root, child) { rc = of_platform_bus_create(child, matches, lookup, parent, true); // 调用过程看下面 dev = of_device_alloc(np, bus_id, parent); // 根据device_node节点的属性设置platform_device的resource if (rc) { of_node_put(child); break; } } </syntaxhighlight> c. of_platform_bus_create(bus, matches, ...)的调用过程(处理bus节点生成platform_devie, 并决定是否处理它的子节点): <syntaxhighlight lang="c" > dev = of_platform_device_create_pdata(bus, bus_id, platform_data, parent); // 生成bus节点的platform_device结构体 if (!dev || !of_match_node(matches, bus)) // 如果bus节点的compatile属性不吻合matches成表, 就不处理它的子节点 return 0; for_each_child_of_node(bus, child) { // 取出每一个子节点 pr_debug(" create child: %pOF\n", child); rc = of_platform_bus_create(child, matches, lookup, &dev->dev, strict); // 处理它的子节点, of_platform_bus_create是一个递归调用 if (rc) { of_node_put(child); break; } } </syntaxhighlight> d. I2C总线节点的处理过程: [[File:ldd_devicetree_chapter3_5_004.gif]] /i2c节点一般表示i2c控制器, 它会被转换为platform_device, 在内核中有对应的platform_driver; platform_driver的probe函数中会调用i2c_add_numbered_adapter: <syntaxhighlight lang="c" > i2c_add_numbered_adapter // drivers/i2c/i2c-core-base.c __i2c_add_numbered_adapter i2c_register_adapter of_i2c_register_devices(adap); // drivers/i2c/i2c-core-of.c for_each_available_child_of_node(bus, node) { client = of_i2c_register_device(adap, node); client = i2c_new_device(adap, &info); // 设备树中的i2c子节点被转换为i2c_clien </syntaxhighlight> =第06节_platform_device跟platform_driver的匹配= [[File:ldd_devicetree_chapter3_6_001.png | 1000px]] drivers/base/platform.c a. 注册 platform_driver 的过程: <syntaxhighlight lang="c" > platform_driver_register __platform_driver_register drv->driver.probe = platform_drv_probe; driver_register bus_add_driver klist_add_tail(&priv->knode_bus, &bus->p->klist_drivers); // 把 platform_driver 放入 platform_bus_type 的driver链表中 driver_attach bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach); // 对于plarform_bus_type下的每一个设备, 调用__driver_attach __driver_attach ret = driver_match_device(drv, dev); // 判断dev和drv是否匹配成功 return drv->bus->match ? drv->bus->match(dev, drv) : 1; // 调用 platform_bus_type.match driver_probe_device(drv, dev); really_probe drv->probe // platform_drv_probe platform_drv_probe struct platform_driver *drv = to_platform_driver(_dev->driver); drv->probe </syntaxhighlight> b. 注册 platform_device 的过程: <syntaxhighlight lang="c" > platform_device_register platform_device_add device_add bus_add_device klist_add_tail(&dev->p->knode_bus, &bus->p->klist_devices); // 把 platform_device 放入 platform_bus_type的device链表中 bus_probe_device(dev); device_initial_probe __device_attach ret = bus_for_each_drv(dev->bus, NULL, &data, __device_attach_driver); // // 对于plarform_bus_type下的每一个driver, 调用 __device_attach_driver __device_attach_driver ret = driver_match_device(drv, dev); return drv->bus->match ? drv->bus->match(dev, drv) : 1; // 调用platform_bus_type.match driver_probe_device </syntaxhighlight> 匹配函数是platform_bus_type.match, 即platform_match, 匹配过程按优先顺序罗列如下: #比较 platform_dev.driver_override 和 platform_driver.drv->name #比较 platform_dev.dev.of_node的compatible属性 和 platform_driver.drv->of_match_table #比较 platform_dev.name 和 platform_driver.id_table #比较 platform_dev.name 和 platform_driver.drv->name 有一个成功, 即匹配成功 =第07节_内核中设备树的操作函数= include/linux/目录下有很多of开头的头文件: <code>dtb -> device_node -> platform_device</code> a. 处理DTB of_fdt.h // dtb文件的相关操作函数, 我们一般用不到, 因为dtb文件在内核中已经被转换为device_node树(它更易于使用) b. 处理device_node of.h // 提供设备树的一般处理函数, 比如 of_property_read_u32(读取某个属性的u32值), *of_get_child_count(获取某个device_node的子节点数) of_address.h // 地址相关的函数, 比如 of_get_address(获得reg属性中的addr, size值) of_match_device(从matches数组中取出与当前设备最匹配的一项) of_dma.h // 设备树中DMA相关属性的函数 of_gpio.h // GPIO相关的函数 of_graph.h // GPU相关驱动中用到的函数, 从设备树中获得GPU信息 of_iommu.h // 很少用到 of_irq.h // 中断相关的函数 of_mdio.h // MDIO (Ethernet PHY) API of_net.h // OF helpers for network devices. of_pci.h // PCI相关函数 of_pdt.h // 很少用到 of_reserved_mem.h // reserved_mem的相关函数 以中断相关的作为例子 一个设备可以发出中断,必须包含中断号和中断触发方式 官方设备树规格书里面的设备示例 <syntaxhighlight lang="c" > soc { #address-cells = <1>; #size-cells = <1>; serial { compatible = "ns16550"; reg = <0x4600 0x100>; clock-frequency = <0>; interrupts = <0xA 0x8>; interrupt-parent = <&ipic>; }; }; </syntaxhighlight> 里面的属性里面有中断值 通过 <syntaxhighlight lang="c" > int of_irq_parse_one(struct device_node *device, int index, struct of_phandle_args *out_irq); </syntaxhighlight> 解析某一对值,或者我们可以解析原始数据 <syntaxhighlight lang="c" > int of_irq_parse_raw(const __be32 *addr, struct of_phandle_args *out_irq); </syntaxhighlight> addr就指向了某一对值,把里面的中断号中断触发方式解析出来,保存在of_phandle_args结构体中 c. 处理 platform_device of_platform.h // 把device_node转换为platform_device时用到的函数, <syntaxhighlight lang="c" > /* Platform drivers register/unregister */ extern struct platform_device *of_device_alloc(struct device_node *np, const char *bus_id, struct device *parent); </syntaxhighlight> 文件涉及的函数在 device_node -> platform_device 中大量使用 // 比如of_device_alloc(根据device_node分配设置platform_device), // of_find_device_by_node (根据device_node查找到platform_device), // of_platform_bus_probe (处理device_node及它的子节点) of_device.h // 设备相关的函数, 比如 of_match_device 可以通过of_match_device找出哪一项最匹配, of文件分为三类 #处理DTB #处理device_node #处理 platform_device 设备相关信息 =第08节_在根文件系统中查看设备树(有助于调试)= a. <code>/sys/firmware/fdt</code> // 查看原始dtb文件 hexdump -C /sys/firmware/fdt b.<code> /sys/firmware/devicetree</code> // 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 比如查看 #address-cells 的16进制 hexdump -C "#address-cells" 查看compatible cat compatible 如果你在设备树设备节点中设置一个错误的中断属性,那么就导致led对应的平台设备节点没办法创建 c.<code> /sys/devices/platform</code> // 系统中所有的platform_device, 有来自设备树的, 也有来有.c文件中注册的<br> 对于来自设备树的platform_device, 可以进入<code> /sys/devices/platform/<设备名>/of_node <code>查看它的设备树属性<br> d.<code> /proc/device-tree</code> 是链接文件, 指向<code> /sys/firmware/devicetree/base</code>
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