Linux驱动之设备树的基础知识

前期知识

  1. 如何编写一个简单的Linux驱动（一）——驱动的基本框架
  2. 如何编写一个简单的Linux驱动（二）——设备操作集file_operations
  3. 如何编写一个简单的Linux驱动（三）——完善设备驱动

前言

  在前面的文章中，我们只介绍了如何对驱动和设备节点进行操作，并没有涉及到对具体硬件设备的操作。从本篇开始，将介绍对硬件设备的操作。这里，我们要引入一个新的概念——设备树。
  在学习Linux驱动时，我们一般会用到ARM开发板。ARM开发板的厂商有很多，我们熟知的有正点原子、迅为、友善之臂、天嵌等等。我们可以想象这样一种场景，每家开发板厂商都自己开发板载设备的驱动，即使使用同一款处理器，但每款板子的厂商对于板载硬件的定义是不相同的，为了板载硬件能够正常工作，每家厂商都会根据自己的板载硬件来设计不同于其他厂商的驱动，并将其提交到ARM社区，ARM社区再将它们添加到Linux内核。显然，随着使用Linux的设备越来越多，这些驱动就像是一层层的sh*t一样，糊在Linux内核上，导致Linux内核越来越臃肿。
  在几年前，ARM社区真的是这么做的，这就惹恼了大神Linus，于是Linus就给ARM社区来了套素质N连。于是，ARM社区学习了PowerPC的模式，把设备从内核中独立出来，形成设备树。

1.什么是设备树

  设备树是用来描述板级设备的文件，板子上所有的设备信息都汇集在这一个文件中，如图。

  系统总线是设备树的主干；CAN控制器、GPIO控制器等是系统总线的分支；GPIOA、CAN1、IIC1是更进一步的分支；GPIOA1、AT24C02、MCP2515就是具体设备。这样将设备按照类别组成一棵树，就组成了一整棵设备树。我们可以在系统的"proc/device-tree"目录下看到系统的设备树信息。

2.DTS文件和DTSI文件

  设备树源文件一般包括两种，dts文件和dtsi文件，dtsi文件是dts文件的头文件，此外，dts文件还可以像C语言那样包含.h格式的头文件。就像下面这样。

//这是一个dts文件
/dts-v1/;	//这条语句必须有
#include "xxx.h"	//像C语言一样包含.h头文件
#include "xxxx.dtsi"	//包含dtsi头文件
...
...

  需要注意的是，在dts文件中，文件开始处的/dts-v1/;语句是必备的。可以看到，dts文件在包含头文件方面和C语言十分相似，都使用#include。
  dtsi文件一般用来描述较为通用的SOC级别的信息，比如CPU信息，外设控制器信息、主频信息等等。而dts文件则用来描述具象化的外设信息，例如要把GPIOA1用作按键，就需要在dts文件中进行描述。

3.设备树源文件分析

3.1根节点和普通节点

  /{}; 是根节点，其他的node_name{}; 是普通节点。当某个结点在多个关联文件中都出现时，不会产生冲突，出现的后者会对前者作为补充；如果后者与前者有相同的属性，则后者的属性会覆盖掉前者的属性。
  比如：在dtsi头文件中有对adc的描述

adc: adc@126C0000 {
               compatible = "samsung,exynos-adc-v1";
               reg = <0x126C0000 0x100>;
               interrupt-parent = <&combiner>;
               interrupts = <10 3>;
               clocks = <&clock CLK_TSADC>;
               clock-names = "adc";
               #io-channel-cells = <1>;
               io-channel-ranges;
               samsung,syscon-phandle = <&pmu_system_controller>;
               status = "disabled";	//adc不工作
};

  可以在dts文件中对adc描述进行追加

&adc {
/*vdd-supply = <&ldo3_reg>;*/
status = "okay";	//覆盖头文件中的status，使能adc
};

3.2特殊的设备节点

1. aliases节点：用于保存其他节点的别名。
2. chosen节点：该节点并不是一个真的设备，它的主要功能是帮助uboot向内核传递数据，最主要的参数是bootargs参数。

3.3设备节点的命名

  设备节点的命名方式有三种。

1. node-name{}; ； node-name是结点名称。
2. node-name@unit-address{}; ：unit-address是设备地址或寄存器首地址。
3. label: node-name@unit-address{}; ：label是节点标签，可以使用&label快捷地访问节点。

3.4设备树节点的标准属性

1. 根节点的compatible属性：用于标识设备树能否与Linux内核匹配，该属性值的一半格式为"厂商，板子名称"。
2. 普通节点的compatible属性：指兼容性。该属性值的一般格式为"厂商，设备驱动名"。如果Linux内核中的匹配表中有与compatible属性中的值相同的值，则该Linux内核可以使用该设备驱动。当驱动的兼容性信息与设备树的compatible属性匹配后，会运行驱动代码里的probe函数。
3. status属性：标识设备可用（“okay”）还是不可用（“disabled”）。当然也有其他的值。
4. #address-cells和#size-cells属性：用于标明该如何编写reg属性值。#address-cells用于标明reg属性中address所占字长数，size-cells用于标明length所占的字长数。
5. reg属性：该属性的格式一般为reg = <address,length, address,length,…>，address表示其实地址，length表示地址长度，一般用于内存中(也可以用于其他设备)。例：

#address-cells = <2>;	//起始地址占两个字长
#size-cells = <1>;	//地址长度占一个字长
reg = <0x400080,0x600040,0x4000>;	//表示0x400080和0x600040是起始地址，地址长度为0x4000

4. 驱动程序如何获取设备树信息

  Linux内核的"linux/of.h"文件中提供了一系列以of开头的函数，其中包含了可以获取设备树信息的函数。

5.DTS、DTB和DTC

  dts是设备树源文件的一种格式，dtb是设备树文件编译后形成的二进制文件的格式，dtc是用来编译设备树文件的编译工具。