Linux中的设备树详解

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前言

设备树是Linux驱动开发中必不可少的环节之一，它可以帮助我们快速了解设备硬件结构及快速配置，提高工作效率

一、设备树是什么

dts：设备树，是一种描述硬件的数据结构，一个dts对应一个开发板。dts文件中会包含有dtsi，就类似于C语言当中的头文件，把板级相同的节点定义都包含在同一个文件中。很多时候我们不必从头开始写一个设备树，大多数情况下都是在原厂Soc提供的设备树基础上进行修改。

dtc：编译dts的工具，一般路径在内核目录的scripts/dtc下，要编译dts文件，只需在源码目录make all或make dtbs或 make xxx.dtb(指定)即可。

二、节点说明

1.简单结构示意图

下面展示一个最基础，简单的设备树结构图。

/{ 
      node1{ 
      p1 = a; p2 = b; }; node2{ 
      p3 = c; node3{ 
      p4 = d; }; }; }; 

2.设备节点的命名格式

[label:]node-name[@unit-address] { 
      [properties definitions] [child nodes] }； 即： cpus{ 
      cpu1:cpu@0{ 
      compatible = "cpu"; }; }; 

常用属性值的形式：

字符串： compatible = "arm,cortex-a53"; 32位无符号整形 clock-latency = <1000>; 二进制 local-mac-address = [00 0a 35 00 1e 53]; 字符串数组 compatible = "n25q512a","micron,m25p80"; 混合 mixed-property = "a string", [0x01 0x23 0x45 0x67], <0x>; 节点引用 clocks = <&clkc 3>; 引用clkc这个节点，clkc即是“label” 

3.linux下的标准属性

常用的节点属性如下：

compatible 属性，非常重要，用于将驱动和设备绑定起来，与驱动程序文件的OF匹配表中值相等，就表示设备可以使用这个驱动 compatible = "xlnx,xuartps", "cdns,uart-r1p8"; model 属性，指定制造商型号，内核解析设备树时会打印出来 model = "Alientek Zynq MpSoc Development Board"; status 属性，禁止或启用设备 status = okay（默认）/disabled #address-cells 和#size-cells 属性 描述子节点的地址信息 #address-cells reg中的首地址数量 address占用字长 1个字长32bit #size-cells reg中的地址长度 length占用字长 reg = <address1 length1 address2 length2 address3 length3……> reg 属性 描述设备地址空间资源信息 reg = <0x0 0xff000000 0x0 0x1000>; 64位时：address= 0xff000000（ 0x0 为高 32 位）， length= 0x1000 reg = <0xff000000 0x04>; 32位时：address=0xff000000，映射到虚拟空间长度为4字节 ranges 属性 地址转换表，可以为空或者按照(child-bus-address,parent-bus-address,length)格式编写 soc{ 
      ranges = <0x0 0xe0000000 0x00>; serial{ 
      reg = <0x4600 0x100>; }; }; soc中，指定1024KB(0x00)的地址范围，子地址空间的物理起始地址为 0x0，父地址空间的物理起始地址为 0xe0000000 serial是串口设备节点，起始地址为 0x4600，寄存器长度为 0x100 经过地址转换， serial 设备可以从 0xe0004600 开始进行读写操作，0xe0004600=0x4600+0xe0000000 device_type 属性 表示节点类型，用得比较少 device_type = "cpu"; 

4.特殊节点

接下来讲一下常用的几个特殊的设备树节点

aliases{ 
      //取别名，方便内核访问，不是设备树 ethernet0 = &gem0; }; chosen{ 
      bootargs = "console=ttyPS0, earlyprintk root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait"; /dev/ttyPS0 stdout-path = "serial0:n8"; //标准输出串口0, 无校验 8位 };//两个优先级暂且不管 uboot启动内核时会传bootargs并打印 结论：如果uboot定义了bootargs，会在设备树chosen中追加bootargs属性，没定义，则用设备树的 memory{ 
      device_type = "memory"; reg = <0x0 0x>; }; 描述了系统内存的基地址和大小，device_type固定为"memory" 

内核解析设备树节点的简单流程如下：

start_kernel() setup_arch() unflatten_device_tree() __unflatten_device_tree() unflatten_dt_node() 解析DTB文件中的各个节点 

节点在Linux系统中的体现：

cd /proc/device-tree 

三、节点匹配

 void __init setup_arch(char **cmdline_p) { 
      const struct machine_desc *mdesc; ... mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer);//参数就是uboot传给内核的dtb文件首地址 if (!mdesc) mdesc = setup_machine_tags(__atags_pointer, __machine_arch_type); machine_desc = mdesc; machine_name = mdesc->name; ... } ->setup_machine_fdt(__atags_pointer) ->mdesc = of_flat_dt_match_machine(mdesc_best, arch_get_next_mach) 

简单点的结构图流程如下：

start_kernel() setup_arch() setup_machine_fdt() of_flat_dt_match_machine() 

四、设备树常用of操作函数

1.查找节点

通过节点名字查找 struct device_node *of_find_node_by_name(struct device_node *from,const char *name); from：开始查找的节点，如果为 NULL 表示从根节点开始查找整个设备树。 name：要查找的节点名字。 返回值： 找到的节点，如果为 NULL 表示查找失败。 通过device_type: struct device_node *of_find_node_by_type(struct device_node *from, const char *type) 函数参数和返回值含义如下： from：开始查找的节点，如果为 NULL 表示从根节点开始查找整个设备树。 type：要查找的节点对应的 type 字符串，也就是 device_type 属性值。 返回值： 找到的节点，如果为 NULL 表示查找失败。 根据 device_type 和 compatible struct device_node *of_find_compatible_node(struct device_node *from,const char *type,const char *compatible) from：开始查找的节点，如果为 NULL 表示从根节点开始查找整个设备树 type：要查找的节点对应的 type 字符串，也就是 device_type 属性值，可以为 NULL，表 示忽略掉 device_type 属性。 compatible： 要查找的节点所对应的 compatible 属性列表。 返回值： 找到的节点，如果为 NULL 表示查找失败。 通过 of_device_id 匹配表来查找指定的节点 struct device_node *of_find_matching_node_and_match(struct device_node *from,const struct of_device_id *matches,const struct of_device_id **match) 函数参数和返回值含义如下： from：开始查找的节点，如果为 NULL 表示从根节点开始查找整个设备树。 matches： of_device_id 匹配表，也就是在此匹配表里面查找节点。 match： 找到的匹配的 of_device_id。 返回值： 找到的节点，如果为 NULL 表示查找失败。 通过节点路径来查找 inline struct device_node *of_find_node_by_path(const char *path) 函数参数和返回值含义如下： path：带有全路径的节点名，可以使用节点的别名（用 aliens 节点中定义的别名）。 返回值： 找到的节点，如果为 NULL 表示查找失败。 查找父/子节点 获取指定节点的父节点 struct device_node *of_get_parent(const struct device_node *node) 函数参数和返回值含义如下： node：要查找的父节点的节点。 返回值： 找到的父节点。 迭代的查找子节点 struct device_node *of_get_next_child(const struct device_node *node, struct device_node *prev) 函数参数和返回值含义如下： node：父节点。 prev： 前一个子节点，也就是从哪一个子节点开始迭代的查找下一个子节点。可以设置 为 NULL，表示从第一个子节点开始。 返回值： 找到的下一个子节点。 

2.提取属性值

struct property { 
      char *name; /* 属性名字 */ int length; /* 属性长度 */ void *value; /* 属性值 */ struct property *next; /* 下一个属性 */ unsigned long _flags; unsigned int unique_id; struct bin_attribute attr; }; 查找指定的属性 property *of_find_property(const struct device_node *np,const char *name,int *lenp) 函数参数和返回值含义如下： np：设备节点。 name： 属性名字。 lenp：属性值的字节数。 返回值： 找到的属性 获取属性中元素的数量，比如 reg 属性值是一个数组，那么使用此函数可以获取到这个数组的大小 int of_property_count_elems_of_size(const struct device_node *np,const char *propname,int elem_size) 函数参数和返回值含义如下： np：设备节点。 proname： 需要统计元素数量的属性名字。 elem_size：元素长度。 返回值： 得到的属性元素数量。 从属性中获取指定下标 int of_property_read_u32_index(const struct device_node *np,const char *propname,u32 index,u32 *out_value) 函数参数和返回值含义如下： np：设备节点。 proname： 要读取的属性名字。 index：要读取的值的下标。 out_value：读取到的值 返回值： 0 读取成功，负值，读取失败， -EINVAL 表示属性不存在， -ENODATA 表示没 有要读取的数据， -EOVERFLOW 表示属性值列表太小 of_property_read_u8_array 函数 of_property_read_u16_array 函数 of_property_read_u32_array 函数 of_property_read_u64_array 函数 这 4 个函数分别是读取属性中 u8、 u16、 u32 和 u64 类型的数组数据，比如大多数的 reg 属性都是数组数据，可以使用这 4 个函数一次读取出 reg 属性中的所有数据 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,onst 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_array(const struct device_node *np,const char *propname,u64 *out_values,size_t sz) 函数参数和返回值含义如下： np：设备节点。 proname： 要读取的属性名字。 out_value：读取到的数组值，分别为 u8、 u16、 u32 和 u64。 sz： 要读取的数组元素数量。 返回值： 0， 读取成功，负值，读取失败， -EINVAL 表示属性不存在， -ENODATA 表示 没有要读取的数据， -EOVERFLOW 表示属性值列表太小 of_property_read_u8 函数 of_property_read_u16 函数 of_property_read_u32 函数 of_property_read_u64 函数 有些属性只有一个整形值，这四个函数就是用于读取这种只有一个整形值的属性，分别 用于读取 u8、 u16、 u32 和 u64 类型属性值，函数原型如下： int of_property_read_u8(const struct device_node *np,const char *propname,u8 *out_value) int of_property_read_u16(const struct device_node *np,const char *propname,u16 *out_value) int of_property_read_u32(const struct device_node *np,const char *propname,u32 *out_value) int of_property_read_u64(const struct device_node *np,const char *propname,u64 *out_value) 函数参数和返回值含义如下： np：设备节点。 proname： 要读取的属性名字。 out_value： 读取到的数组值。 返回值： 0，读取成功，负值，读取失败， -EINVAL 表示属性不存在， -ENODATA 表示 没有要读取的数据， -EOVERFLOW 表示属性值列表太小 of_property_read_string 函数 of_property_read_string 函数用于读取属性中字符串值，函数原型如下： int of_property_read_string(struct device_node *np,const char *propname,const char **out_string) 函数参数和返回值含义如下： np：设备节点。 proname： 要读取的属性名字。 out_string：读取到的字符串值。 返回值： 0，读取成功，负值，读取失败 of_n_addr_cells 函数 of_n_addr_cells 函数用于获取#address-cells 属性值，函数原型如下： int of_n_addr_cells(struct device_node *np) 函数参数和返回值含义如下： np：设备节点。 返回值： 获取到的#address-cells 属性值 of_n_size_cells 函数 of_size_cells 函数用于获取#size-cells 属性值，函数原型如下： int of_n_size_cells(struct device_node *np) 函数参数和返回值含义如下： np：设备节点。 返回值： 获取到的#size-cells 属性值。 

3.其它常用OF函数

用于查看节点的 compatible 属性是否有包含 compat 指定的字 符串，也就是检查设备节点的兼容性 int of_device_is_compatible(const struct device_node *device,const char *compat) 函数参数和返回值含义如下： device：设备节点。 compat：要查看的字符串。 返回值： 0，节点的 compatible 属性中不包含 compat 指定的字符串；正数，节点的 compatible 属性中包含 compat 指定的字符串 用于获取地址相关属性，主要是“reg”或者“assigned-addresses” const __be32 *of_get_address(struct device_node *dev,int index,u64 *size,unsigned int *flags) 函数参数和返回值含义如下： dev：设备节点。 index：要读取的地址标号。 size：地址长度。 flags：参数，比如 IORESOURCE_IO、 IORESOURCE_MEM 等。 返回值： 读取到的地址数据首地址，为 NULL 的话表示读取失败。 将从设备树读取到的地址转换为物理地址 u64 of_translate_address(struct device_node *dev,const __be32 *in_addr) 函数参数和返回值含义如下： dev：设备节点。 in_addr：要转换的地址。 返回值： 得到的物理地址，如果为 OF_BAD_ADDR 的话表示转换失败。 物理地址到虚拟地址的映射，本质上也是将 reg 属性中地址信息转换为虚拟地址 void __iomem *of_iomap(struct device_node *np,int index) 函数参数和返回值含义如下： np：设备节点。 index： reg 属性中要完成内存映射的段，如果 reg 属性只有一段的话 index 就设置为 0。 返回值： 经过内存映射后的虚拟内存首地址，如果为 NULL 的话表示内存映射失败。 

假设有一节点如下：

 led { 
      compatible = "test_led"; #address-cells = <1>; #size-cells = <1>; u32-test = <111>; reg = <0x0 0xFF0A0044 0x0 0x1000 0x0 0xFF0A0244 0x0 0x1000 0x0 0xFF0A0248 0x0 0x1000 0x0 0xFF0A0254 0x0 0x1000 0x0 0xFF5E00AC 0x0 0x1000>; array-reg-test1 = <0x100 0x01 0x200 0x02 0x300 0x03>; array-reg-test2 = <0x100 0x01>, <0x200 0x02>, <0x300 0x03>; status = "okay"; default-status = "off"; }; 

驱动测试程序如下：

 led.nd = of_find_node_by_name(NULL,"led"); if(led.nd == NULL) { 
      printk("led of_find_node_by_name = NULL !\n"); return -1; } ret = of_property_read_string(led.nd,"status",&str); if(ret < 0) printk("led read status failed !\n"); else printk("led read status success , str = %s\n",str); if(!strcmp(str,"okay")) printk("led status on !\n"); else { 
      printk("led status off !\n"); return -1; } ret = of_property_read_string(led.nd,"default-status",&str); if(ret < 0) printk("led read default-status failed !\n"); else printk("led read default-status success , str = %s\n",str); ret = of_n_size_cells(led.nd); printk("led size-cells = %d\n",ret); ret = of_n_addr_cells(led.nd); printk("led addr-cells = %d\n",ret); ret = of_property_read_u32(led.nd,"u32-test",&read_val); if(ret == 0) printk("led u32-test = %d\n",read_val); else printk("led u32-test failed !\n"); memset(array_val,0,sizeof(array_val)); of_property_read_u32_array(led.nd,"array-reg-test1",array_val,6); for(i=0;i<6;i++) printk("led read array-reg-test1[%d] = 0x%x\n",i,array_val[i]); memset(array_val,0,sizeof(array_val)); of_property_read_u32_array(led.nd,"array-reg-test2",array_val,6); for(i=0;i<6;i++) printk("led read array-reg-test2[%d] = 0x%x\n",i,array_val[i]); 

总结

以上就是今天要讲的内容，本文简单介绍了Linux中设备树的使用，制作不易，多多包涵。