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日志

【Luckfox幸狐 RV1106 Linux 开发板测评】05 驱动、设备和设备树

已有 528 次阅读2024-2-29 10:57 |个人分类:瑞芯微

                                   【Luckfox幸狐 RV1106 Linux 开发板测评】05 驱动、设备和设备树
 
 
就这样有了设备树
Linux诞生后就有了设备驱动程序,也就是直接获取设备的信息然后操作和调用接口实现,用户方便的在应用层调用这些接口访问设备。
后来又出了个platform-device驱动模型,一个程序分成两部分device.c driver.c 一个注册设备的资源,一个负责设备的操作和调用接口实现。这样当设备的资源变化的时候不一定要改动驱动程序driver.c。
再后来就出现了设备树,就是用设备树文件描述设备的硬件资源,由系统bootloader把资源给加载进去,然后传给内核,驱动程序从内核里面去获取设备的硬件资源。这样就更加方便了。
 
设备树文件介绍及编译和反编译
设备树(Device Tree),“设备”和“树”,描述设备树的文件叫做DTS(DeviceTree Source),DTS 采用树形结构描述板级设备(开发板上的设备信息),如CPU 数量、 内存基地址、IIC 接口上接了哪些设备、SPI 接口上接了哪些设备等等。目的就是为了驱动代码和设备信息分离。
一个 SOC 可以做很多不同的板子,不同的板子有共同的信息,将共同的信息提取出来作为一个通用的文件,其他的.dts 文件引用这个文件,这个文件就是.dtsi 文件,类似 C 中的头文件。.dts 描述板级信息(开发板上有哪些 IIC 设备、SPI 设备等),.dtsi 描述 SOC 级信息(SOC 有几个 CPU、主频是多少、各个外设控制器信息等)。
DTS、DTB 和 DTC
DTS 是设备树源码文件,DTB 是将 DTS 编译以后得到的二进制文件。需要用到的工具是 DTC!DTC工具源码在 Linux 内核的 scripts/dtc 目录下
DTC 把DTS编译成DTB
DTSI
+ ===》 DTC ===》 DTB
DTS
DTC还可以把DTB给反编译成DTS
DTB ===》 DTC ===》 DTS
DTC 工具依赖于 dtc.c、flattree.c、fstree.c 等文件,最终编译并链接出 DTC 文件。
如果要编译 DTS 文件的话
方法一:只需要进入到 Linux 源码根目录下,然后执行如下命令:make all 或者 make dtbs。
方法二:直接用dtc命令
dtc [-I input-format] [-O output-format][-o output-filename] [-V output_version] input_filename
input-format: //输入格式 反编译的把dtb编译成dts 
- “dtb”: “blob” format  //dtb格式
- “dts”: “source” format. //dts格式
- “fs” format.
 
output-format: //输出格式
- “dtb”: “blob” format 
- “dts”: “source” format 
- “asm”: assembly language file
 
output_version: 
定义”blob”的版本,在dtb文件的字段中有表示,支持1 2 3和16,默认是3,在16版本上有许多特性改变
 
dtb编译成dtb
./dtc -I dts -O dtb -o B_dtb.dtb A_dts.dts
把A_dts.dts编译生成B_dtb.dtb
 
dtb编译成dts
./dtc -I dtb -O dts -o A_dts.dts A_dtb.dtb
把A_dtb.dtb反编译生成为A_dts.dts
 
设备树的基本语法
设备树语法规则请参考《Devicetree SpecificationV0.2.pdf》和《Power_ePAPR_APPROVED_v1.12.pdf》文档。
基本语法:
/{
node1{
key0 = value0; /*键值对*/
key1 = value1;
...
child_node{
key0 = value0; /*键值对*/
key1 = value1;
...
}
}
node2{
...
}
}
“/”是根节点,每个设备树文件只有一个根节点。
node1、node2是子节点,子节点还可以有节点。
节点的命名:
引入标号:节点名@节点地址
引用标号可以没有,有的好处就是其他地方可以代表节点使用,使用&引用标号。
节点地址可以有可以没有,主要是为了区分有相同节点名的不同节点。
比如gpio有n个 都只是叫goio 这个时候跟个地址就区分了。而且直观的知道这个gpio的硬件地址。
“cpu@0” 、”interrupt-controller@00a01000”.
led1:gpio1_a7_d@2000000
节点属性:
每个节点都有不同属性,不同的属性又有不同的内容,属性都是键值对,值可以为空或任意的字节流。设备树源码中常用的几种数据形式如下:
字符串
compatible = “arm,cortex-a7”;
上述代码设置 compatible 属性的值为字符串“arm,cortex-a7”。
32位无符号整数
reg = <0>;
字符串列表
属性值也可以是字符串列表,字符串和字符串之间采用”,”隔开,如下 所示:
compatible = “fsl,imx6ull-gpmi-nand”,”fsl,imx6ul-gpmi-namd”;
compatible属性
Compatible属性也叫做”兼容性“属性,用于将设备和驱动绑定起来,这个很关键,如果设备和驱动的名字不一样(设备树里面就要和驱动里面的一样,然后才能挂钩)。格式如下:”manufacturer,model”
manufacturer表示,model对应驱动的名字。
compatible = "fsl,imx6ul-evk-wm8960","fsl,imx-audio-wm8960";
“fsl”表示厂商是飞思卡尔,“imx6ul-evk-wm8960”和“imx-audio-wm8960”表示驱动模块名字。sound这个设备首先使用第一个兼容值在 Linux 内核里面查找,看看能不能找到与之匹配的驱动文件,如果没有找到的话就使用第二个兼容值查。
model 属性
model 属性值也是一个字符串,一般 model 属性描述设备模块信息,比如名字什么的,比如:
model = "wm8960-audio";
status 属性
status 属性是和设备状态有关的,status 属性值也是字符串,字符串是设备的状态信息。
比如 “okay”表示可操作,”disabled”表示不可操作,”fail”表示错误,不可操作,”fail-sss”与fail相同,后面是错误内容。
#address-cells 和#size-cells 属性
这两个属性的值都是无符号 32 位整形,#address-cells 和#size-cells用在任何拥有子节点的设备中,用于描述子节点的地址信息。
每个“address length”组合表示一个地址范围,其中 address 是起始地址,length 是地址长度,#address-cells 表明 address 这个数据所占用的字长,#size-cells 表明 length 这个数据所占用的字长。
Spi2 {
compatible = "spi-gpio";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
gpio_spi: gpio_spi@0 {
compatible = "T113s3,25p32";
reg = <0>;
};
};
aips3: aips-bus@02200000 {
compatible = "T113s3,aips-bus", "simple-bus";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
dcp: dcp@02280000 {
compatible = "T113s3,t113s3-dcp";
reg = <0x02280000 0x4000>;
};
};
比如上面的第一个reg是一个地址0,没有长度信息,第二个是0x02280000地址,长度是0x4000
reg 属性
reg 属性的值一般是(address,length)对。reg 属性用于描述设备地址空间资源信息,某个外设的寄存器地址范围信息。
ranges 属性
ranges属性可以为空或者按(child-bus-address,parent-bus-address,length)格式.ranges 是一个地址映射/转换表,ranges 由子地址、父地址和地址空间长度这三部分组成:
child-bus-address:子总线地址空间的物理地址,由父节点的#address-cells 确定此物理地址所占的字长。
parent-bus-address:父总线地址空间的物理地址,由父节点的#address-cells 确定此物理地址所占的字长。
length:子地址空间的长度,由父节点的#size-cells 确定此地址长度所占的字长。
如果 ranges 属性值为空值,说明子地址空间和父地址空间相同,不需要地址转换。
name 属性
name 属性用于记录节点名字。
device_type 属性
device_type 属性值为字符串,此属性只能用于 cpu 节点或者 memory 节点。
device_type = "memory";
device_type = "cpu";
interrupt 属性
interrupt-generating-devices:表示产生中断的设备,通常用于指定哪些设备可以触发中断。
interrupt-parent:标识设备节点属于哪个中断控制器。如果没有设置这个属性,它会默认依附于其父节点的interrupt-parent属性。
interrupts-extended:当设备连接到多个中断控制器时使用。它与interrupts属性相互排斥,二者只能选其一。如果两者都存在,则interrupts-extended属性会优先。
interrupt-controller:这是一个空的属性,用来标识该节点是一个中断控制器节点。
interrupt-map:定义了如何将子节点的中断号映射到父节点。它的每一个元素包含了child unit address、child interrupt specifier、interrupt-parent和parent unit address以及parent interrupt specifier。这些元素的值依赖于它们的上下文,即它们所处的节点及其相关属性的配置。
interrupt-map-mask:与interrupt-map属性一起使用时,用于过滤特定的中断请求。
特殊节点
在根节点“/”中有两个特殊的子节点:aliases 和 chosen。
aliases 的意思是“别名”,aliases 节点的主要功能就是定义别名,方便访问节点。一般会在节点命名的时候会加上 label,然后通过&label来访问节点,这样也很方便,而且设备树里面大量的使用&label 的形式来访问节点。
aliases {
ethernet0 = &gmac;
i2c0 = &i2c0;
i2c1 = &i2c1;
i2c2 = &i2c2;
mshc0 = &emmc;
mshc1 = &sdmmc;
mshc2 = &sdio0;
mshc3 = &sdio1;
serial0 = &uart0;
serial1 = &uart1;
spi0 = &spi0;
spi1 = &spi1;
};
chosen 并不是一个真实的设备,chosen 节点主要是为了 uboot 向 Linux 内核传递数据,重点是 bootargs 参数。一般.dts 文件中 chosen 节点通常为空或者内容很少。
设备树of函数
在Linux内核采用设备树之后,驱动程序需要获取设备树的属性。Linux内核为驱动程序提供了一系列API函数,用于获取设备树的属性值。在Linux内核中,以“of_”开头的函数是设备树API函数。
读取设备节点API
Linux内核使用device_node结构体来描述一个设备节点,在include/linux/of.h 中有定义:
struct device_node {
const char *name; /*节点的名字*/
phandle phandle;
const char *full_name; /*节点的全名,node-name[@unit-address]*/
struct fwnode_handle fwnode;
struct property *properties; /*节点的属性*/
struct property *deadprops; /* removed properties */
struct device_node *parent; /*父节点*/
struct device_node *child; /*子节点*/
struct device_node *sibling; /*节点的兄弟,即同级节点*/
#if defined(CONFIG_OF_KOBJ)
struct kobject kobj;
#endif
unsigned long _flags;
void *data;
#if defined(CONFIG_SPARC)
unsigned int unique_id;
struct of_irq_controller *irq_trans;
#endif
};
of_find_node_by_name函数通过设备节点的名字获取设备节点,函数原型:
struct device_node *of_find_node_by_name(struct device_node *from,const char *name);
of_find_node_by_type函数通过设备节点类型获取设备节点,函数原型:
struct device_node *of_find_node_by_type(struct device_node *from, const char *type);
of_find_compatible_node函数通过节点的compatible属性和type获取设备节点,函数原型:
struct device_node *of_find_compatible_node(struct device_node *from, const char *type, const char *compat);
of_find_node_by_path函数通过设备节点路径名获取设备节点,函数定义:
static inline struct device_node *of_find_node_by_path(const char *path)
{
return of_find_node_opts_by_path(path, NULL);
}
of_find_matching_node_and_match 函数通过 of_device_id 匹配表来查找指定的节点,函数原型:
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)
读取父子设备节点API
of_find_node_by_path函数用于获取某一节点的父节点,函数原型:
struct device_node *of_get_parent(const struct device_node *node);
of_get_next_child函数可以遍历某一节点的子节点,函数原型:
device_node *of_get_next_child(const struct device_node *node,struct device_node *prev);
读取设备树属性API
在内核中,设备树中的属性以结构体的形式表示。 此结构体同样定义在文件include/linux/of.h中:
struct property {
char *name; /* 属性名 */
int length; /* 数据长度 */
void *value; /* 属性数据指针 */
struct property *next; /* 下一个属性 */
};
在该结构体中:
name表示属性名;
length表示属性数据的长度;
value指向属性数据的指针;
next指向下一个属性。
struct property *of_find_property(const struct device_node *np,const char *name,int *lenp);
int of_property_read_u32_index(const struct device_node *np,const char *propname,u32 index, u32 *out_value);
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_array(const struct device_node *np,
const char *propname, u64 *out_values,
size_t sz)
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
of_property_read_string(const struct device_node *np,
const char *propname,
const char **out_string);
int of_n_addr_cells(struct device_node *np)
int of_property_count_elems_of_size(const struct device_node *np,
const char *propname, int elem_size);
of_property_read_u32_index(const struct device_node *np,
const char *propname,
u32 index, u32 *out_value);
int of_property_match_string(const struct device_node *np,
const char *propname,
const char *string);
Linux内核提供了大量的API来处理设备树,除了介绍过的API,还有大量的API在include/linux/of_xxx头文件中声明。要想深入了解,就需要在头文件中查找相关函数的定义原型。这里就不介绍了。
我们再来看看rv1106的设备树
进入/home/rv-xxxx/rv1106-spinand/luckfox-pico/sysdrv/source/kernel/adrv/source/kernel/arch/arm/boot/dts$
打开下面文件:
我们在更改使用gpio,adc,pwm,串口,spi,i2c等等外设功能的时候就要和它打交道。

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