基于tiny4412的Linux内核移植 -- 设备树的展开

时间：2016-03-06 19:04:55 阅读：543 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

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作者信息

作者: 彭东林

邮箱：pengdonglin137@163.com

QQ：405728433

平台简介

开发板：tiny4412ADK + S700 + 4GB Flash

要移植的内核版本：Linux-4.4.0 （支持device tree）

u-boot版本：友善之臂自带的 U-Boot 2010.12 （为支持uImage启动，做了少许改动）

busybox版本：busybox 1.25

交叉编译工具链： arm-none-linux-gnueabi-gcc

（gcc version 4.8.3 20140320 (prerelease) (Sourcery CodeBench Lite 2014.05-29)）

摘要

在Linux引入设备树之后，将原来写在代码中的大量的硬件信息全部移到了设备树中，然后在Linux启动的时候会解析设备树，利用解析到的硬件信息构造device，然后注册到相应的bus上，如果有对应的driver，则会调用driver的probe函数。那么这个过程是怎么进行的？Linux系统有各种device，如对于platform子系统来说有platform_device、对于I2C子系统有i2c_client、对于SPI子系统来说有spi_device，那么这些device是怎么跟设备树关联起来的呢？

在分析的过程中参考了下面的几篇博文：

http://www.wowotech.net/device_model/dt-code-analysis.html

http://www.wowotech.net/comm/i2c_overview.html

http://www.wowotech.net/comm/i2c_provider.html

这几篇博文讲的非常好，下面一篇是之前总结的：

http://www.cnblogs.com/pengdonglin137/p/4495056.html

正文

解析过程大致有如下几个阶段：

一、根据设备树创建device node链表

start_kernel

---> setup_arch

---> unflatten_device_tree

在u-boot引导内核的时候，会将设备树在物理内存中的物理起始地址（存放在寄存器r2中）传递给Linux内核，然后Linux内核在函数unflatten_device_tree中会解析设备树镜像，并利用扫描到的信息创建由device node构成的链表，全局变量of_root指向链表的根节点，设备树的每个节点都会有一个struct device_node与之对应。

二、遍历device node链表，创建并注册platform_device

start_kernel

---> rest_init

---> kernel_init

---> kernel_init_freeable

---> do_basic_setup

---> do_initcalls

在do_initcalls函数中，kernel会依次执行各个initcall函数，在这个过程中，会调用 customize_machine，具体如下:

static int __init customize_machine(void)

/*

     * customizes platform devices, or adds new ones

     * On DT based machines, we fall back to populating the

     * machine from the device tree, if no callback is provided,

     * otherwise we would always need an init_machine callback.

*/

    of_iommu_init();

    if (machine_desc->init_machine)

        machine_desc->init_machine();

#ifdef CONFIG_OF

    else

        of_platform_populate(NULL, of_default_bus_match_table,

                    NULL, NULL);

#endif

    return 0;

arch_initcall(customize_machine);

这样就可调用到exynos_dt_machine_init：

static void __init exynos_dt_machine_init(void)

    ......

    of_platform_populate(NULL, of_default_bus_match_table, NULL, NULL);

在of_platform_populate中会调用of_platform_bus_create ---> of_platform_device_create_pdata，完成platform_device的注册。那么Linux系统是怎么知道哪些device node要注册为platform_device，哪些是用于i2c_client，哪些是用于spi_device？不知道你有没有注意到调用of_platform_populate的时候给它传递了一个参数of_default_bus_match_table，它的定义如下：

const struct of_device_id of_default_bus_match_table[] = {

    { .compatible = "simple-bus", },

    { .compatible = "simple-mfd", },

#ifdef CONFIG_ARM_AMBA

    { .compatible = "arm,amba-bus", },

#endif /* CONFIG_ARM_AMBA */

    {} /* Empty terminated list */

};

是这个意思：如果某个device node的compatible的值与数组of_default_bus_match_table中的任意一个元素的compatible值相等（但是对于compatible是arm,primecell有些特殊，它是单独处理的），那么这个device node的child指向的device node（device_node的child指向的是这个device node的子节点，也是一个链表）仍旧会被注册为platform_device。

of_platform_populate：

   1: int of_platform_populate(struct device_node *root,

   2:             const struct of_device_id *matches,

   3:             const struct of_dev_auxdata *lookup,

   4:             struct device *parent)

   5: {

   6:     struct device_node *child;

   7:     int rc = 0;

8:

   9:     root = root ? of_node_get(root) : of_find_node_by_path("/");  // 找到root device node

  10:     if (!root)

  11:         return -EINVAL;

12:

  13:     for_each_child_of_node(root, child) { // 遍历root device node的child device node

  14:         rc = of_platform_bus_create(child, matches, lookup, parent, true);

  15:         if (rc) {

  16:             of_node_put(child);

  17:             break;

  18:         }

  19:     }

  20:     of_node_set_flag(root, OF_POPULATED_BUS);

21:

  22:     of_node_put(root);

  23:     return rc;

  24: }

of_platform_bus_create ：

   1: static int of_platform_bus_create(struct device_node *bus,

   2:                   const struct of_device_id *matches,

   3:                   const struct of_dev_auxdata *lookup,

   4:                   struct device *parent, bool strict)

   5: {

   6:     const struct of_dev_auxdata *auxdata;

   7:     struct device_node *child;

   8:     struct platform_device *dev;

   9:     const char *bus_id = NULL;

  10:     void *platform_data = NULL;

  11:     int rc = 0;

12:

  13:     /* Make sure it has a compatible property */

  14:     if (strict && (!of_get_property(bus, "compatible", NULL))) {

  15:         pr_debug("%s() - skipping %s, no compatible prop\n",

  16:              __func__, bus->full_name);

  17:         return 0;

  18:     }

19:

  20:     auxdata = of_dev_lookup(lookup, bus);  // tiny4412给lookup传递的是NULL

  21:     if (auxdata) {

  22:         bus_id = auxdata->name;

  23:         platform_data = auxdata->platform_data;

  24:     }

25:

  26:     if (of_device_is_compatible(bus, "arm,primecell")) {

  27:         /*

  28:          * Don‘t return an error here to keep compatibility with older

  29:          * device tree files.

  30:          */

  31:         of_amba_device_create(bus, bus_id, platform_data, parent);

  32:         return 0;

  33:     }

34:

  35:     dev = of_platform_device_create_pdata(bus, bus_id, platform_data, parent); // 根据device node创建 platform_device并注册

  36:     if (!dev || !of_match_node(matches, bus)) // 判断是不是需要继续遍历这个device node下的child device node

  37:         return 0;

38:

  39:     for_each_child_of_node(bus, child) { // 遍历这个device node下的child device node，将child device node也注册为platform_device

  40:         pr_debug("   create child: %s\n", child->full_name);

  41:         rc = of_platform_bus_create(child, matches, lookup, &dev->dev, strict);

  42:         if (rc) {

  43:             of_node_put(child);

  44:             break;

  45:         }

  46:     }

  47:     of_node_set_flag(bus, OF_POPULATED_BUS);

  48:     return rc;

  49: }

三、注册其他设备

下面说一下i2c_client是如何注册的。先看下面一张图：

下面是从http://www.wowotech.net/comm/i2c_overview.html摘抄的一段话：

1）platform bus（/sys/bus/platform）是驱动工程师常见的bus，用于挂载和CPU通过系统总线连接的各类外设。在I2C framework中，I2C控制器直接从属于platform bus，我们在linux kernel中常说的I2C driver，都是指I2C controller driver，都是以platform driver的形式存在，当然，对应的控制器是platform device。

2）与此同时，kernel抽象出I2C bus（/sys/bus/i2c），用于挂载和I2C controller通过I2C总线连接的各个I2C slave device。

3）比较特殊的地方是，I2C core使用一个虚拟实体----I2C adapter，抽象I2C controller有关的功能（主要是数据的收发），I2C adapter也挂载在I2C bus上。

4）I2C adapter和I2C slave device都挂载在I2C bus上，就可以方便的进行Master（I2C adapter）和Slave之间的匹配操作，并通过I2C core提供的统一接口，访问I2C salve device，进行数据的收发。

我们知道，i2c控制器在i2c驱动模型中被抽象为i2c_adapter，但是i2c控制器驱动实际上是在platform_bus上，所以i2c控制器对应的是platform_device，因此会在上面调用of_platform_populate时注册，然后i2c控制器驱动的probe函数会被调用。如果以tiny4412开发板为例分析，在drivers/i2c/busses/i2c-s3c2410.c的probe函数中调用注册adapter的函数：i2c_add_numbered_adapter ---> i2c_add_adapter ---> i2c_register_adapter ---> of_i2c_register_devices，在函数of_i2c_register_devices中会遍历这个adapter对应的device node的child device node，这些child device node对应的就是挂载i2c bus上的板级外设的硬件信息，如 MMA7660。然后调用of_i2c_register_device，根据每个child device node的信息构造i2c_board_info，并调用i2c_new_device，在i2c_new_device中会创建并注册i2c_client，注册i2c_client的时候如果找到了对应的设备驱动程序（如 MMA7660的驱动程序），设备驱动程序的probe函数就会被调动。

由于SPI驱动模型跟I2C类似，spi_device的注册过程也跟i2c_client的很类似。spi控制器在spi子系统中被抽象为spi_master，spi控制器的驱动程序实际上也在platform_bus上，当调用of_platform_populate注册到对应的platform_device的时候，spi控制器驱动程序的probe函数会被执行，在probe函数中会想spi子系统注册spi_master。我们以以tiny4412分析为例，在drivers/spi/spi-s3c64xx.c的s3c64xx_spi_probe函数中调用devm_spi_register_master ---> spi_register_master ---> of_register_spi_devices 在of_register_spi_devices中会遍历与这个spi_master对应的device node的child device node，这些child device node就是挂在spi bus上的板级外设，如spi接口的存储器等等。然后调用of_register_spi_device，根据每个child device node的信息创建spi_device，并调用spi_add_device完成注册，注册spi_device的时候如果找到了对应的设备驱动程序（如 SPI接口的存储器的驱动程序），设备驱动程序的probe函数就会被调动。

其他

在Linux系统起来后，会将解析完成的设备树导出到用户空间。

一、/proc/device-tree

这个目录下的目录和文件是根据device node的结构组织的，顶层目录是root device node，其他的子目录是root device node 的 child device node，同时子目录又可以再嵌套子目录，以此表示这些device node的父子关系。

[root@tiny4412 root]# cd /proc/device-tree/

[root@tiny4412 base]# ls

#address-cells                   pinctrl@106E0000

#size-cells                      pinctrl@11000000

adc@126C0000                     pinctrl@11400000

aliases                          pmu

amba                             ppmu_acp@10ae0000

backlight                        ppmu_camif@11ac0000

cam-power-domain@10023C00        ppmu_cpu@106c0000

camera                           ppmu_dmc0@106a0000

chipid@10000000                  ppmu_dmc1@106b0000

chosen                           ppmu_g3d@12630000

clock-controller@03810000        ppmu_g3d@13220000

clock-controller@10030000        ppmu_image@12aa0000

codec@13400000                   ppmu_lcd0@11e40000

compatible                       ppmu_leftbus0@116a0000

cpus                             ppmu_mfc_left@13660000

dsi@11C80000                     ppmu_mfc_right@13670000

ehci@12580000                    ppmu_rightbus@112a0000

exynos-usbphy@125B0000           ppmu_tv@12e40000

fimd@11c00000                    pwm@139D0000

fixed-rate-clocks                regulators

g2d@10800000                     rtc@10070000

g3d-power-domain@10023C60        sdhci@12510000

gps-alive-power-domain@10023D00  sdhci@12520000

gps-power-domain@10023CE0        sdhci@12530000

hdmi@12D00000                    sdhci@12540000

hsotg@12480000                   serial@13800000

i2c-gpio-0                       serial@13810000

i2c@13860000                     serial@13820000

i2c@13870000                     serial@13830000

i2c@13880000                     spi@13920000

......

可以看看上一篇博文中的用软件I2C控制MMA7660的设备树的结构：

[root@tiny4412 base]# cd i2c-gpio-0

[root@tiny4412 i2c-gpio-0]# ls

#address-cells     compatible         i2c-gpio,delay-us  name

#size-cells        gpios              mma7660@4c         status

[root@tiny4412 i2c-gpio-0]# cd mma7660@4c/

[root@tiny4412 mma7660@4c]# ls

compatible        interrupt-parent  poll_interval

input_flat        interrupts        reg

input_fuzz        name              status

[root@tiny4412 mma7660@4c]#

可以看到，mma7660@4c确实是i2c-gpio-0的子目录，而且我们也知道mma7660对应的device node确实是i2c-gpio-0对应的device node的child device node。

可以看看platform device的注册情况：

[root@tiny4412 root]# cd /sys/bus/platform/

[root@tiny4412 platform]# ls

devices            drivers_autoprobe  uevent

drivers            drivers_probe

[root@tiny4412 platform]# cd devices/

[root@tiny4412 devices]# ls

10000000.chipid                  12530000.sdhci

10010000.syscon                  12550000.mmc

10020000.system-controller       12580000.ehci

10023c00.cam-power-domain        12590000.ohci

10023c20.tv-power-domain         125b0000.exynos-usbphy

10023c40.mfc-power-domain        12a30000.sysmmu

10023c60.g3d-power-domain        12e20000.sysmmu

10023c80.lcd0-power-domain       13620000.sysmmu

10023ca0.isp-power-domain        13630000.sysmmu

10023ce0.gps-power-domain        13800000.serial

10023d00.gps-alive-power-domain  13810000.serial

10030000.clock-controller        13820000.serial

10050000.mct                     13830000.serial

10070000.rtc                     139d0000.pwm

10440000.interrupt-controller    2020000.sysram

10490000.interrupt-controller    3810000.clock-controller

10502000.l2-cache-controller     3860000.pinctrl

106e0000.pinctrl                 alarmtimer

10a40000.sysmmu                  amba

11000000.pinctrl                 backlight

11400000.pinctrl                 cpufreq-dt

11840000.jpeg-codec              exynos-drm

11a20000.sysmmu                  i2c-gpio-0

11a30000.sysmmu                  leds

11a40000.sysmmu                  opp_table0

11a50000.sysmmu                  pmu

11a60000.sysmmu                  reg-dummy

11e20000.sysmmu                  regulators

12260000.sysmmu                  regulators:regulator@0

12270000.sysmmu                  regulatory.0

122a0000.sysmmu                  serial8250

122b0000.sysmmu                  snd-soc-dummy

123b0000.sysmmu                  usb-hub

123c0000.sysmmu                  video-phy@10020710

12480000.hsotg

可以看到，在设备树中：

regulators {

    compatible = "simple-bus";

    #address-cells = <0x1>;

    #size-cells = <0x0>;

    regulator@0 {

        compatible = "regulator-fixed";

        reg = <0x0>;

        regulator-name = "VMEM_VDD_2.8V";

        regulator-min-microvolt = <0x2ab980>;

        regulator-max-microvolt = <0x2ab980>;

        linux,phandle = <0x19>;

        phandle = <0x19>;

};

};

regulator@0虽然是regulator的child device node，但是在/proc/device-tree中却看不到（用于呈现device node的父子关系），但是在/sys/bus/platform/devices/下却可以看得到。

二、/sys/firmware

在/sys/firmware下也可以看到devicetree的导出信息：

[root@tiny4412 root]# cd /sys/firmware/

[root@tiny4412 firmware]# ls -F

devicetree/ fdt

其中fdt是一个二进制文件，其中是完整的设备树镜像，可以用hexdump看看：

[root@tiny4412 root]# hexdump -C  /sys/firmware/fdt | head -n 100

00000000  d0 0d fe ed 00 00 dc 2d  00 00 00 48 00 00 a3 ec  |.......-...H....|

00000010  00 00 00 28 00 00 00 11  00 00 00 10 00 00 00 00  |...(............|

00000020  00 00 08 ad 00 00 a3 a4  00 00 00 00 43 a7 f0 00  |............C...|

00000030  00 00 00 00 00 27 bb 09  00 00 00 00 00 00 00 00  |.....‘..........|

00000040  00 00 00 00 00 00 00 00  00 00 00 01 00 00 00 00  |................|

00000050  00 00 00 03 00 00 00 04  00 00 00 00 00 00 00 01  |................|

00000060  00 00 00 03 00 00 00 04  00 00 00 0f 00 00 00 01  |................|

00000070  00 00 00 03 00 00 00 04  00 00 00 1b 00 00 00 01  |................|

00000080  00 00 00 03 00 00 00 38  00 00 00 2c 66 72 69 65  |.......8...,frie|

00000090  6e 64 6c 79 61 72 6d 2c  74 69 6e 79 34 34 31 32  |ndlyarm,tiny4412|

000000a0  00 73 61 6d 73 75 6e 67  2c 65 78 79 6e 6f 73 34  |.samsung,exynos4|

000000b0  34 31 32 00 73 61 6d 73  75 6e 67 2c 65 78 79 6e  |412.samsung,exyn|

000000c0  6f 73 34 00 00 00 00 03  00 00 00 2f 00 00 00 37  |os4......../...7|

000000d0  46 72 69 65 6e 64 6c 79  41 52 4d 20 54 49 4e 59  |FriendlyARM TINY|

000000e0  34 34 31 32 20 62 6f 61  72 64 20 62 61 73 65 64  |4412 board based|

000000f0  20 6f 6e 20 45 78 79 6e  6f 73 34 34 31 32 00 00  | on Exynos4412..|

00000100  00 00 00 01 63 68 6f 73  65 6e 00 00 00 00 00 03  |....chosen......|

00000110  00 00 00 04 00 00 08 9c  43 cf ab 08 00 00 00 03  |........C.......|

00000120  00 00 00 04 00 00 08 89  43 a7 f0 00 00 00 00 03  |........C.......|

00000130  00 00 00 11 00 00 00 3d  2f 73 65 72 69 61 6c 40  |.......=/serial@|

可以看到开头的四个字节正好是d00dfeed，这个文件跟原始的设备树文件还是有些不同的，如chosen节点和memory节点。因为在用u-boot引导的时候，u-boot根据当前的环境对设备树镜像内容进行修改，下面是不同的地方：

我dump的方法是将fdt的内容用上面的命令重定向到一个文件中（hexdump –C /sys/firmware/fdt > /mnt/fdt.txt），然后通过U盘拷贝到电脑上，赋值其中的信息利用winhex文件创建一个二进制文件。用fdtdump工具（fdtdump dtb文件）将dtb的文件信息导出到一个文本文件中，然后再做比较。

在/sys/firmware/devicetree/base/下是以device node的父子关系创建的文件和目录，其实会发现，/proc/device-tree是一个软连接，指向的就是/sys/firmware/devicetree/base/：

[root@tiny4412 root]# ls /proc/device-tree -l

lrwxrwxrwx    1 0        0               29 Jan  1 06:11 /proc/device-tree -> /sys/firmware/devicetree/base

[root@tiny4412 root]#

那么/sys/firmware/fdt以及/sys/firmware/devicetree是在什么地方创建的呢？

/sys/firmware/devicetree的创建：

start_kernel
    ---> rest_init
            ---> kernel_init
                    ---> kernel_init_freeable
                            ---> do_basic_setup
                                    ---> driver_init
                                            ---> of_core_init

在of_core_init函数中（drivers/of/base.c）：

void __init of_core_init(void)
{
    struct device_node *np;

    /* Create the kset, and register existing nodes */
    mutex_lock(&of_mutex);
    of_kset = kset_create_and_add("devicetree", NULL, firmware_kobj);
    if (!of_kset) {
        mutex_unlock(&of_mutex);
        pr_err("devicetree: failed to register existing nodes\n");
        return;
    }
    for_each_of_allnodes(np)
        __of_attach_node_sysfs(np);
    mutex_unlock(&of_mutex);

    /* Symlink in /proc as required by userspace ABI */
    if (of_root)
        proc_symlink("device-tree", NULL, "/sys/firmware/devicetree/base");
}

/sys/firmware/fdt的创建（drivers/of/fdt.c）：

#ifdef CONFIG_SYSFS
static ssize_t of_fdt_raw_read(struct file *filp, struct kobject *kobj,
                   struct bin_attribute *bin_attr,
                   char *buf, loff_t off, size_t count)
{
    memcpy(buf, initial_boot_params + off, count);
    return count;
}

static int __init of_fdt_raw_init(void)
{
    static struct bin_attribute of_fdt_raw_attr =
        __BIN_ATTR(fdt, S_IRUSR, of_fdt_raw_read, NULL, 0);

    if (!initial_boot_params)
        return 0;

    if (of_fdt_crc32 != crc32_be(~0, initial_boot_params,
                     fdt_totalsize(initial_boot_params))) {
        pr_warn("fdt: not creating ‘/sys/firmware/fdt‘: CRC check failed\n");
        return 0;
    }
    of_fdt_raw_attr.size = fdt_totalsize(initial_boot_params);
    return sysfs_create_bin_file(firmware_kobj, &of_fdt_raw_attr);
}
late_initcall(of_fdt_raw_init);

三、测试

下面测试一下根据parent device node的compatible的不同，系统会把不同的device node注册为不同的device。

修改arch/arm/boot/dts/exynos4412-tiny4412.dts：

   1: diff --git a/arch/arm/boot/dts/exynos4412-tiny4412.dts b/arch/arm/boot/dts/exynos4412-tiny4412.dts

   2: index 579a507..ae29aa8 100644

   3: --- a/arch/arm/boot/dts/exynos4412-tiny4412.dts

   4: +++ b/arch/arm/boot/dts/exynos4412-tiny4412.dts

   5: @@ -129,6 +129,30 @@

   6:          };

   7:      };

   8:  #endif

   9: +

  10: +    demo_parent0 {

  11: +        compatible = "simple-bus";

  12: +

  13: +        child0{

  14: +            compatible = "child0";

  15: +        };

  16: +

  17: +        child1{

  18: +            compatible = "child1";

  19: +        };

  20: +    };

  21: +

  22: +    demo_parent1 {

  23: +        compatible = "demo_parent1";

  24: +

  25: +        child3{

  26: +            compatible = "child3";

  27: +        };

  28: +

  29: +        child4{

  30: +            compatible = "child4";

  31: +        };

  32: +    };

  33:  };

34:

  35:  &rtc {

其中第11行表示demo_parent0对应的device node将来会在of_platform_populate时递归其下面的child device node。compatible = "simple-bus";来自of_default_bus_match_table：

1:

   2: const struct of_device_id of_default_bus_match_table[] = {

   3:     { .compatible = "simple-bus", },

   4:     { .compatible = "simple-mfd", },

   5: #ifdef CONFIG_ARM_AMBA

   6:     { .compatible = "arm,amba-bus", },

   7: #endif /* CONFIG_ARM_AMBA */

   8:     {} /* Empty terminated list */

   9: };

重新编译设备树(make dtbs)，启动内核可以发现：

在/proc/device-tree/下：

   1: [root@tiny4412 root]# cd /proc/device-tree/

   2: [root@tiny4412 base]# ls

   3: ......

   4: demo_parent0                     ppmu_mfc_left@13660000

   5: demo_parent1                     ppmu_mfc_right@13670000

   6: ......

   7: [root@tiny4412 base]# ls -R demo_parent*

   8: demo_parent0:

   9: child0      child1      compatible  name

10:

  11: demo_parent0/child0:

  12: compatible  name

13:

  14: demo_parent0/child1:

  15: compatible  name

16:

  17: demo_parent1:

  18: child3      child4      compatible  name

19:

  20: demo_parent1/child3:

  21: compatible  name

22:

  23: demo_parent1/child4:

  24: compatible  name

在/sys/bus/platform/devices/下：

   1: [root@tiny4412 root]# cd /sys/bus/platform/devices/

   2: [root@tiny4412 devices]# ls

   3: ......

   4: 11000000.pinctrl                 demo_parent0

   5: 11400000.pinctrl                 demo_parent0:child0

   6: 11840000.jpeg-codec              demo_parent0:child1

   7: 11a20000.sysmmu                  demo_parent1

   8: 11a30000.sysmmu                  exynos-drm

   9: ......

可以看到demo_parent0、child0和child1都被注册为了platform_device，demo_parent1也被注册为了platform_device而child3和child4却没有。child3和child4的具体被注册为什么设备需要由demo_parent1对应的platform_device的驱动程序决定。

未完待续……

基于tiny4412的Linux内核移植 -- 设备树的展开

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原文地址：http://www.cnblogs.com/pengdonglin137/p/5248114.html

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