qcom DeviceTree

程序员文章站 2022-07-14 11:25:24

...

哪些文件被编入二进制映像
有两种方式使用DT。第一种可包含多个dtb，编入dt.img，最后放入boot.img。第二种只包含一个dtb，直接追加到kernelimage后面，放入boot.img。

第二种方式没看到后续如何放入 boot.img。对于第一种方式，会用”device/qcom/common/generate_extra_images.mk“中定义的下面规则编出”dt.img“，

$(INSTALLED_DTIMAGE_TARGET): $(DTBTOOL) $(INSTALLED_KERNEL_TARGET)
$(build-dtimage-target)

在”build/core/Makefile“中用下面语句使它被编入boot.img。

ifeq ($(strip $(BOARD_KERNEL_SEPARATED_DT)),true)
  INTERNAL_BOOTIMAGE_ARGS += --dt $(INSTALLED_DTIMAGE_TARGET)
  BOOTIMAGE_EXTRA_DEPS    := $(INSTALLED_DTIMAGE_TARGET)
endif

dts加载流程

启动过程中，bootloader(默认是bootable/bootloader/lk)会根据机器硬件信息选择合适的devicetree装入内存，把地址等相关信息传给kernel。kernel中，会根据传入的信息创建设备。

qcom DeviceTree

msm8974目前实际用的应该是方式1。在下面boot_linux_from_mmc()中，调用dev_tree_get_entry_info()，里面会根据硬件(chipset和platform的id，系统实际跑时的信息在系统boot的更早阶段由N侧设置并传来，而DT中的信息由根节点的”qcom,msm-id“属性定义)来选择合适的DT，后面会把该DT装入内存，把地址等信息传给kernel(据说是通过CPU寄存器)。

    qcom,msm-id = <126 8 0x20002>,
              <185 8 0x20002>,
              <186 8 0x20002>;

从lk中的处理
Lk/arch/arm/crt0.S文件中语句：bl kmain
调用的是lk/kernel/main.c文件中的函数：kmain()

kmain()
  |bootstrap2()
 |arch_init()
 |platform_init()
 |target_init()
 |apps_init()//call init() of APPs defined using APP_START macro
    |aboot_init()
       |boot_linux_from_mmc()
          |//for device tree approach 1
             |dev_tree_get_entry_info()
                |__dev_tree_get_entry_info()
             |memmove((void *)hdr->tags_addr, (char *)dt_table_offset + dt_entry.offset, dt_entry.size);
          |//for device tree approach 2
             |dev_tree_appended()
          |boot_linux()
             |update_device_tree()
             |entry(0, machtype, (unsigned*)tags_phys);//pass control to kernel

详细过程
Aboot.c (bootable\bootloader\lk\app\aboot)

APP_START(aboot)
.init = aboot_init,
APP_END

在下面aboot_init()—> boot_linux_from_mmc()中，调用dev_tree_get_entry_info()，里面会根据硬件(chipset和platform的id，系统实际跑时的信息在系统boot的更早阶段由N侧设置并传来，而DT中的信息由根节点的”qcom,msm-id“属性定义)来选择合适的DT，后面会把该DT装入内存，把地址等信息传给kernel(通过CPU寄存器)。

void boot_linux(void *kernel, unsigned *tags,
                const char *cmdline, unsigned machtype,
void *ramdisk, unsigned ramdisk_size)
{
#if DEVICE_TREE
//更新Device Tree
    ret = update_device_tree((void *)tags, final_cmdline, ramdisk, ramdisk_size);
}

/* Top level function that updates the device tree. */
int update_device_tree(void *fdt, const char *cmdline,
  void *ramdisk, uint32_t ramdisk_size)
{
    int ret = 0;
    uint32_t offset;

    /* Check the device tree header */
//核查其magic数是否正确：version和size
    ret = fdt_check_header(fdt);

    /* Add padding to make space for new nodes and properties. */
//Move or resize dtb buffer
    ret = fdt_open_into(fdt, fdt, fdt_totalsize(fdt) + DTB_PAD_SIZE);

    /* Get offset of the memory node */
    ret = fdt_path_offset(fdt, "/memory");
    offset = ret;

    ret = target_dev_tree_mem(fdt, offset);
    /* Get offset of the chosen node */
    ret = fdt_path_offset(fdt, "/chosen");
    offset = ret;
    /* Adding the cmdline to the chosen node */
    ret = fdt_setprop_string(fdt, offset, (const char*)"bootargs", (const void*)cmdline);

    /* Adding the initrd-start to the chosen node */
    ret = fdt_setprop_u32(fdt, offset, "linux,initrd-start", (uint32_t)ramdisk);
    if (ret)
    /* Adding the initrd-end to the chosen node */
    ret = fdt_setprop_u32(fdt, offset, "linux,initrd-end", ((uint32_t)ramdisk + ramdisk_size));
    fdt_pack(fdt);
    return ret;
}

Kernel中的处理
在下面的setup_machine_fdt()中，会通过用各机器描述(machine description)的”dt_compat“属性和传入DT的根节点的”compatible”属性进行匹配来选择适当的machine description。会在下面board_dt_populate()处理中，会根据devicetree信息创建设备。

主要的数据流包括：
(1)初始化流程，即扫描dtb并将其转换成Device Tree Structure。
(2)传递运行时参数传递以及platform的识别
(3)将Device Tree Structure并入linux kernel的设备驱动模型。

汇编部分的代码分析
linux/arch/arm/kernel/head.S文件定义了bootloader和kernel的参数传递要求：

MMU = off, D-cache = off, I-cache = dont care, r0 = 0, r1 = machine nr, r2 = atags or dtb pointer.

目前的kernel支持旧的tag list的方式，同时也支持device tree的方式。r2可能是device tree binary file的指针（bootloader要传递给内核之前要copy到memory中），也可以是tag list的指针。在ARM的汇编部分的启动代码中（主要是head.S和head-common.S），machine type ID和指向DTB或者atags的指针被保存在变量__machine_arch_type和__atags_pointer中，这么做是为了后续C代码进行处理。

start_kernel()
  |setup_arch()
   |setup_machine_fdt()//select machine description according to DT info  

customize_machine()//called because it is an arch_initcall
  |msm8974_init()
     |board_dt_populate()
        |of_platform_bus_create()
           |of_platform_device_create_pdata()
              |of_device_alloc()
                 |dev->dev.of_node = of_node_get(np);//pointer to data of struct device_node, that is device node in DT
           |of_platform_bus_create()//call it recursively to walk through the DT

获得machine描述符

//根据Device Tree的信息，找到最适合的machine描述符。
struct machine_desc * __init setup_machine_fdt(unsigned int dt_phys)
{
    /* 扫描 /chosen node，保存运行时参数（bootargs）到boot_command_line，此外，还处理initrd相关的property，并保存在initrd_start和initrd_end这两个全局变量中 */
    of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_chosen, boot_command_line);
    /* 扫描根节点，获取 {size,address}-cells信息，并保存在dt_root_size_cells和dt_root_addr_cells全局变量中 */
    of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_root, NULL);
    /* 扫描DTB中的memory node，并把相关信息保存在meminfo中，全局变量meminfo保存了系统内存相关的信息。*/
    of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_memory, NULL);

    /* Change machine number to match the mdesc we're using */
    __machine_arch_type = mdesc_best->nr;
    return mdesc_best;
}

运行时参数是在扫描DTB的chosen node时候完成的，具体的动作就是获取chosen node的bootargs、initrd等属性的value，并将其保存在全局变量（boot_command_line，initrd_start、initrd_end）中。

将DTB转换成device node的结构的节点
在系统初始化的过程中，我们需要将DTB转换成节点是device_node的树状结构，以便后续方便操作。具体的代码位于setup_arch->unflatten_device_tree中。

void __init unflatten_device_tree(void)
{
    __unflatten_device_tree(initial_boot_params, &allnodes,
    early_init_dt_alloc_memory_arch);

    /* Get pointer to "/chosen" and "/aliasas" nodes for use everywhere */
    of_alias_scan(early_init_dt_alloc_memory_arch);
}

unflatten_device_tree函数的主要功能就是扫描DTB，将device node被组织成：
（1）global list。全局变量struct device_node *of_allnodes就是指向设备树的global list
（2）tree。

static void __unflatten_device_tree(struct boot_param_header *blob,
    struct device_node **mynodes,
    void * (*dt_alloc)(u64 size, u64 align))
{
  //此处删除了health check代码，例如检查DTB header的magic，确认blob的确指向一个DTB。
      /* scan过程分成两轮，第一轮主要是确定device-tree structure的长度，保存在size变量中 */
    start = ((unsigned long)blob) +
    be32_to_cpu(blob->off_dt_struct);
    size = unflatten_dt_node(blob, 0, &start, NULL, NULL, 0);
    size = (size | 3) + 1;

    /* 初始化的时候，并不是扫描到一个node或者property就分配相应的内存，实际上内核是一次性的分配了一大片内存，这些内存包括了所有的struct device_node、node name、struct property所需要的内存。*/
    mem = (unsigned long)
    dt_alloc(size + 4, __alignof__(struct device_node));
    ((__be32 *)mem)[size / 4] = cpu_to_be32(0xdeadbeef);

    /* 这是第二轮的scan，第一次scan是为了得到保存所有node和property所需要的内存size，第二次就是实打实的要构建device node tree了 */
    start = ((unsigned long)blob) +
    be32_to_cpu(blob->off_dt_struct);
    unflatten_dt_node(blob, mem, &start, NULL, &allnextp, 0);
    //此处略去校验溢出和校验OF_DT_END。
}

并入linux kernel的设备驱动模型
在linux kernel引入统一设备模型之后，bus、driver和device形成了设备模型中的铁三角。在驱动初始化的时候会将代表该driver的一个数据结构（一般是xxx_driver）挂入bus上的driver链表。device挂入链表分成两种情况，一种是即插即用类型的bus，在插入一个设备后，总线可以检测到这个行为并动态分配一个device数据结构（一般是xxx_device，例如usb_device），之后，将该数据结构挂入bus上的device链表。bus上挂满了driver和device，那么如何让device遇到“对”的那个driver呢？就是bus的match函数。
系统应该会根据Device tree来动态的增加系统中的platform_device(这个过程并非只发生在platform bus上，也可能发生在其他的非即插即用的bus上，例如AMBA总线、PCI总线)。如果要并入linux kernel的设备驱动模型，那么就需要根据device_node的树状结构（root是of_allnodes）将一个个的device node挂入到相应的总线device链表中。只要做到这一点，总线机制就会安排device和driver的约会。当然，也不是所有的device node都会挂入bus上的设备链表，比如cpus node，memory node，choose node等。

没有挂入bus的device node
(1) cpus node的处理
暂无，只有choose node的相关处理。
(2) memory的处理

int __init early_init_dt_scan_memory(unsigned long node, const char *uname,
    int depth, void *data)
{
    char *type = of_get_flat_dt_prop(node, "device_type", NULL);
    /*在初始化的时候，我们会对每一个device node都要调用该call back函数，因此，我们要过滤掉那些和memory block定义无关的node。和memory block定义有的节点有两种，一种是node name是aaa@qq.com形态的，另外一种是node中定义了device_type属性并且其值是memory。*/
    if (type == NULL) {
        if (depth != 1 || strcmp(uname, "aaa@qq.com") != 0)
            return 0;
    } else if (strcmp(type, "memory") != 0)
        return 0;
    /*获取memory的起始地址和length的信息。有两种属性和该信息有关，一个是linux,usable-memory，不过最新的方式还是使用reg属性。*/
    reg = of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory", &l);
    if (reg == NULL)
        reg = of_get_flat_dt_prop(node, "reg", &l);
    if (reg == NULL)
        return 0;
    endp = reg + (l / sizeof(__be32));
    /*reg属性的值是address，size数组，那么如何来取出一个个的address/size呢？由于memory node一定是root node的child，因此dt_root_addr_cells（root node的#address-cells属性值）和dt_root_size_cells（root node的#size-cells属性值）之和就是address，size数组的entry size。*/
    while ((endp - reg) >= (dt_root_addr_cells + dt_root_size_cells)) {
            u64 base, size;
        base = dt_mem_next_cell(dt_root_addr_cells, &reg);
        size = dt_mem_next_cell(dt_root_size_cells, &reg);
        if (size == 0)
            continue;
        //将具体的memory block信息加入到内核中。
        early_init_dt_add_memory_arch(base, size);
    }
    return 0;
}

(3) interrupt controller的处理
初始化是通过start_kernel->init_IRQ->machine_desc->init_irq()实现的。我们用Qualcomm MSM 8974为例来描述interrupt controller的处理过程。下面是machine描述符的定义：/arch/arm/mach-msm/board-8974.c

DT_MACHINE_START(MSM8974_DT, "Qualcomm MSM 8974 (Flattened Device Tree)")
        .init_irq = msm_dt_init_irq,
        .dt_compat = msm8974_dt_match,
        ...
    MACHINE_END

源码文件：/arch/arm/mach-msm/board-dt.c

void __init msm_dt_init_irq(void)
{
    struct device_node *node;

    of_irq_init(irq_match);
    node = of_find_matching_node(NULL, mpm_match);
}

of_irq_init函数：遍历Device Tree，找到匹配的irqchip。具体的代码如下：

void __init of_irq_init(const struct of_device_id *matches)
{
    /*遍历所有的node，寻找定义了interrupt-controller属性的node，如果定义了interrupt-controller属性则说明该node就是一个中断控制器。*/
    for_each_matching_node(np, matches) {
        if (!of_find_property(np, "interrupt-controller", NULL))
            continue;
    /*分配内存并挂入链表，当然还有根据interrupt-parent建立controller之间的父子关系。对于interrupt controller，它也可能是一个树状的结构。*/
        desc = kzalloc(sizeof(*desc), GFP_KERNEL);

        desc->dev = np;
        desc->interrupt_parent = of_irq_find_parent(np);
        if (desc->interrupt_parent == np)
            desc->interrupt_parent = NULL;
        list_add_tail(&desc->list, &intc_desc_list);
        }

    /*正因为interrupt controller被组织成树状的结构，因此初始化的顺序就需要控制，应该从根节点开始，依次递进到下一个level的interrupt controller。 */
    while (!list_empty(&intc_desc_list)) {
/*intc_desc_list链表中的节点会被一个个的处理，每处理完一个节点就会将该节点删除，当所有的节点被删除，整个处理过程也就是结束了。*/
        list_for_each_entry_safe(desc, temp_desc, &intc_desc_list, list) {
            const struct of_device_id *match;
            int ret;
            of_irq_init_cb_t irq_init_cb;
    /*最开始的时候parent变量是NULL，确保第一个被处理的是root interrupt controller。在处理完root node之后，parent变量被设定为root interrupt controller，因此，第二个循环中处理的是所有parent是root interrupt controller的child interrupt controller。也就是level 1（如果root是level 0的话）的节点。*/
            if (desc->interrupt_parent != parent)
                continue;

            list_del(&desc->list);//从链表中删除
            match = of_match_node(matches, desc->dev);//匹配并初始化
            //match->data是初始化函数
            if (WARN(!match->data,
                   "of_irq_init: no init function for %s\n",
               match->compatible)) {
            kfree(desc);
            continue;
        }
        irq_init_cb = match->data;//执行初始化函数
        ret = irq_init_cb(desc->dev, desc->interrupt_parent);
        /*处理完的节点放入intc_parent_list链表，后面会用到*/
        list_add_tail(&desc->list, &intc_parent_list);
    }

    /* 对于level 0，只有一个root interrupt controller，对于level 1，可能有若干个interrupt controller，因此要遍历这些parent interrupt controller，以便处理下一个level的child node。 */
    desc = list_first_entry(&intc_parent_list, typeof(*desc), list);
    list_del(&desc->list);
    parent = desc->dev;
    kfree(desc);
    }
}

只有该node中有interrupt-controller这个属性定义，那么linux kernel就会分配一个interrupt controller的描述符（struct intc_desc）并挂入队列。通过interrupt-parent属性，可以确定各个interrupt controller的层次关系。在scan了所有的Device Tree中的interrupt controller的定义之后，系统开始匹配过程。一旦匹配到了interrupt chip列表中的项次后，就会调用相应的初始化函数。

以i2c总线为例

以i2c总线为例加载DTS设备节点的流程

/ {  
    model = "Qualcomm MSM 8974";  
    compatible = "qcom,msm8974";  
    interrupt-parent = <&intc>;  

    aliases {  
        spi0 = &spi_0;  
        spi7 = &spi_7;  
        sdhc1 = &sdhc_1; /* SDC1 eMMC slot */  
        sdhc2 = &sdhc_2; /* SDC2 SD card slot */  
        sdhc3 = &sdhc_3; /* SDC3 SDIO slot */  
        sdhc4 = &sdhc_4; /* SDC4 SDIO slot */  
    };  

    memory {  

        secure_mem: secure_region {  
            linux,contiguous-region;  
            reg = <0 0x7800000="">;  
            label = "secure_mem";  
        };  

        adsp_mem: adsp_region {  
            linux,contiguous-region;  
            reg = <0 0x2000000="">;  
            label = "adsp_mem";  
        };  
    };  

    intc: interrupt-controller@F9000000 {  
        compatible = "qcom,msm-qgic2";  
        interrupt-controller;  
        #interrupt-cells = <3>;  
        reg = <0xf9000000 0x1000="">,  
              <0xf9002000 0x1000="">;  
    };  

    msmgpio: aaa@qq.com {  
        compatible = "qcom,msm-gpio";  
        gpio-controller;  
        #gpio-cells = <2>;  
        interrupt-controller;  
        #interrupt-cells = <2>;  
        reg = <0xfd510000 0x4000="">;  
        ngpio = <146>;  
        interrupts = <0 208="" 0="">;  
        qcom,direct-connect-irqs = <8>;  
    };  

    wcd9xxx_intc: wcd9xxx-irq {  
        compatible = "qcom,wcd9xxx-irq";  
        interrupt-controller;  
        #interrupt-cells = <1>;  
        interrupt-parent = <&msmgpio>;  
        interrupts = <72 0="">;  
        interrupt-names = "cdc-int";  
    };  

    timer {  
        compatible = "arm,armv7-timer";  
        interrupts = <1 2="" 0="" 1="" 3="" 0="">;  
        clock-frequency = <19200000>;  
    };  

    i2c_0: aaa@qq.com { /* BLSP#11 */  
        cell-index = <0>;  
        compatible = "qcom,i2c-qup";  
        reg = <0xf9967000 0x1000="">;  
        #address-cells = <1>;  
        #size-cells = <0>;  
        reg-names = "qup_phys_addr";  
        interrupts = <0 105="" 0="">;  
        interrupt-names = "qup_err_intr";  
        qcom,i2c-bus-freq = <100000>;  
        qcom,i2c-src-freq = <50000000>;  
    };  

    i2c_2: aaa@qq.com {  
        cell-index = <2>;  
        compatible = "qcom,i2c-qup";  
        reg = <0xf9924000 0x1000="">;  
        #address-cells = <1>;  
        #size-cells = <0>;  
        reg-names = "qup_phys_addr";  
        interrupts = <0 96="" 0="">;  
        interrupt-names = "qup_err_intr";  
        qcom,i2c-bus-freq = <100000>;  
        qcom,i2c-src-freq = <50000000>;  
    };  

    spi_0: aaa@qq.com {  
        compatible = "qcom,spi-qup-v2";  
        reg = <0xf9923000 0x1000="">;  
        interrupts = <0 95="" 0="">;  
        spi-max-frequency = <19200000>;  
        #address-cells = <1>;  
        #size-cells = <0>;  
        gpios = <&msmgpio 3 0>, /* CLK  */  
            <&msmgpio 1 0>, /* MISO */  
            <&msmgpio 0 0>; /* MOSI */  
        cs-gpios = <&msmgpio 9 0>;  
    };  

};

从上面可知，系统平台上挂载了很多总线，如i2c、spi、uart等等，每一个总线分别被描述为一个节点。Linux在启动后，到C入口时，会执行以下操作，加载系统平台上的总线和设备：
start_kernel() --> setup_arch() --> unflatten_device_tree()

在执行完unflatten_device_tree()后，DTS节点信息被解析出来，保存到allnodes链表中，allnodes会在后面被用到。
随后，当系统启动到board文件时，会调用.init_machine，高通8974平台对应的是msm8974_init()。接着调用of_platform_populate(....)接口，加载平台总线和平台设备。至此，系统平台上的所有已配置的总线和设备将被注册到系统中。注意：不是dtsi文件中所有的节点都会被注册，在注册总线和设备时，会对dts节点的状态作一个判断，如果节点里面的status属性没有被定义，或者status属性被定义了并且值被设为“ok”或者“okay”，其他情况则不被注册到系统中。

上面重复讲了Linux怎样使用DTS注册平台总线和平台设备到系统中，那么其他设备，例如i2c、spi设备是怎样注册到系统中的呢？下面我们就以i2c设备为例，讲解Linux怎样注册i2c设备到系统中。
以高通8974平台为例，在注册i2c总线时，会调用到qup_i2c_probe()接口，该接口用于申请总线资源和添加i2c适配器。在成功添加i2c适配器后，会调用of_i2c_register_devices()接口。此接口会解析i2c总线节点的子节点（挂载在该总线上的i2c设备节点），获取i2c设备的地址、中断号等硬件信息。然后调用request_module()加载设备对应的驱动文件，调用i2c_new_device()，生成i2c设备。此时设备和驱动都已加载，于是drvier里面的probe方法将被调用。后面流程就和之前一样了。

简而言之，Linux采用DTS描述设备硬件信息后，省去了大量板文件垃圾信息。Linux在开机启动阶段，会解析DTS文件，保存到全局链表allnodes中，在掉用.init_machine时，会跟据allnodes中的信息注册平台总线和设备。值得注意的是，加载流程并不是按找从树根到树叶的方式递归注册，而是只注册根节点下的第一级子节点，第二级及之后的子节点暂不注册。Linux系统下的设备大多都是挂载在平台总线下的，因此在平台总线被注册后，会根据allnodes节点的树结构，去寻找该总线的子节点，所有的子节点将被作为设备注册到该总线上。

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