【i.MX6ULL】驅(qū)動(dòng)開發(fā)5——設(shè)備樹原理與點(diǎn)亮LED
1 什么是設(shè)備樹
1.1 背景介紹
Linux3.x之前是沒有設(shè)備樹的，設(shè)備樹是用來描述一個(gè)硬件平臺(tái)的板級(jí)細(xì)節(jié)。對(duì)應(yīng)ARM-Linux開發(fā)，這些板級(jí)描述文件存放在linux內(nèi)核的 ?/arch/arm/plat-xxx和/arch/arm/mach-xxx 中。隨著ARM硬件設(shè)備的種類增多，與板子相關(guān)的設(shè)備文件也越來越多，這就導(dǎo)致Linux內(nèi)核越來越大，而實(shí)際這些ARM硬件相關(guān)的板級(jí)信息與Linux內(nèi)核并無相關(guān)關(guān)系。
2011年，Linux之父Linus Torvalds發(fā)現(xiàn)這個(gè)問題后，就通過郵件向ARM-Linux開發(fā)社區(qū)發(fā)了一封郵件，不禁的發(fā)出了一句“This whole ARM thing is a f*cking pain in the ass”。之后，ARM社區(qū)就引入了PowerPC等架構(gòu)已經(jīng)采用的設(shè)備樹(Flattened Device Tree)機(jī)制，將板級(jí)信息內(nèi)容都從Linux內(nèi)核中分離開來，用一個(gè)專屬的文件格式來描述，即現(xiàn)在的.dts文件。
1.2 設(shè)備樹介紹
設(shè)備樹的作用就是描述硬件平臺(tái)的硬件資源。它可以被bootloader傳遞到內(nèi)核，內(nèi)核可以從設(shè)備樹中獲取硬件信息。
設(shè)備樹描述硬件資源時(shí)有兩個(gè)特點(diǎn)：
以樹狀結(jié)構(gòu)描述硬件資源。以系統(tǒng)總線為樹的主干，掛載到系統(tǒng)地總線的IIC控制器、SPI控制器等為樹的枝干，IIC控制器下的IIC設(shè)備資源，又可以再分IIC1和IIC2，而IIC1上又可以連接MPU6050這類的IIC器件...
可以像頭文件那樣，一個(gè)設(shè)備樹文件引用另外一個(gè)設(shè)備樹文件，實(shí)現(xiàn)代碼重用。例如多個(gè)硬件平臺(tái)都使用i.MX6ULL作為主控芯片，可以將 i.MX6ULL 芯片的硬件資源寫到一個(gè)單獨(dú)的設(shè)備樹文件中(.dtsi文件)。
1.3 DTS、DTSI、DTB、DTC
DTS ，Device Tree Source，是設(shè)備樹源碼文件
DTSI ，Device Tree Source Include，是設(shè)備樹源碼文件要用到的頭文件
DTB ，Device Tree Binary，是將DTS 編譯以后得到的二進(jìn)制文件
DTC ，Device Tree Compiler，是將.dts 編譯為.dtb需要用到的編譯工具
DTC工具源碼在Linux內(nèi)核的scripts/dtc目錄下，scripts/dtc/文件夾下Makefile的內(nèi)容為：
可以看出，DTC工具依賴于dtc.c、flattree.c、fstree.c等文件，最終編譯并鏈接出DTC這個(gè)主機(jī)文件
2 設(shè)備樹框架與DTS語法
2.1 設(shè)備樹代碼分析
在學(xué)習(xí)設(shè)備樹時(shí)，可以先看一下NXP關(guān)于i.MX6ULL已有的設(shè)備樹文件，來大致了解一下設(shè)備樹文件是什么樣子的。
2.1.1 imx6ull-14x14-evk-emmc.dts
下面是/arch/arm/boot/dts/imx6ull-14x14-evk-emmc.dts
該文件就這幾行，描述了emmc版本板子的usdhc信息。該文件的主要的功能是通過頭文件的形式包含了另一個(gè)imx6ull-14x14-evk.dts設(shè)備樹文件。
DTS語法：設(shè)備樹是可以使用“#include”引用其它文件（.dts、.h、.dtsi）。
2.1.2 imx6ull-14x14-evk.dts
下面是/arch/arm/boot/dts/imx6ull-14x14-evk.dts
該文件也是先包含一些頭文件，然后是一個(gè)斜杠+一些大括號(hào)，后面還出現(xiàn)了&符號(hào)。
DTS語法：
/ {?}斜杠+大括號(hào)，表示根節(jié)點(diǎn)，一個(gè)設(shè)備只有一個(gè)根節(jié)點(diǎn)（注：一個(gè)dts包含另一個(gè)dts，兩個(gè)文件里的根節(jié)點(diǎn)，其實(shí)也是同一個(gè)根節(jié)點(diǎn)）
xxx {?}根節(jié)點(diǎn)內(nèi)部單獨(dú)的大括號(hào)，表示子節(jié)點(diǎn)，如reserved-memory {...}、pxp_v4l2 {...}等
&xxx {?}根節(jié)點(diǎn)外部單獨(dú)的&符號(hào)與大括號(hào)，表示節(jié)點(diǎn)的追加內(nèi)容，如&cpu0 {...}等
2.1.3 imx6ull.dtsi
該文件是設(shè)備樹的頭文件，其格式與設(shè)備樹基本相同。
DTS語法：節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽
節(jié)點(diǎn)名“cpu”前面多了個(gè)“cpu0”, 這個(gè)“cpu0”就是我們所說的節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽。通常節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽是節(jié)點(diǎn)名的簡寫，它的作用是當(dāng)其它位置需要引用時(shí)可以使用節(jié)點(diǎn)標(biāo)簽來向該節(jié)點(diǎn)中追加內(nèi)容。
2.2 設(shè)備節(jié)點(diǎn)基本格式
設(shè)備樹是采用樹形結(jié)構(gòu)來描述板子上的設(shè)備信息的文件，每個(gè)設(shè)備都是一個(gè)節(jié)點(diǎn)，叫做設(shè)備節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都通過一些屬性信息來描述節(jié)點(diǎn)信息，屬性就是鍵-值對(duì)。
2.2.1 節(jié)點(diǎn)名稱
node-name用于指定節(jié)點(diǎn)名稱，其長度為1~31個(gè)字符：
數(shù)字：
0~9字母：
a~zA~Z英文符號(hào)：
,._+-
節(jié)點(diǎn)名應(yīng)使用字母開頭，并能描述設(shè)備類別（根節(jié)點(diǎn)用斜杠表示，不需要節(jié)點(diǎn)名）
2.2.2 單元地址
@unit-address用于指定單元地址，其中@符號(hào)表示一個(gè)分隔符，unit-address是實(shí)際的單元地址，它的值要和節(jié)點(diǎn)reg屬性的第一個(gè)地址一致，如果沒有reg屬性值，則可以省略單元地址。
2.2.3 節(jié)點(diǎn)屬性
在節(jié)點(diǎn)的大括號(hào)“{}”中包含的內(nèi)容是節(jié)點(diǎn)屬性， 一個(gè)節(jié)點(diǎn)可以包含多個(gè)屬性信息，例如根節(jié)點(diǎn)的屬性model = "Freescale i.MX6 ULL 14x14 EVK Board"，編寫設(shè)備樹最主要的內(nèi)容是編寫節(jié)點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)屬性。屬性包括自定義屬性和標(biāo)準(zhǔn)屬性，下面來看幾個(gè)標(biāo)準(zhǔn)屬性：
model屬性：用于指定設(shè)備的制造商和型號(hào)，多個(gè)字符串使用“,”分隔開
compatible 屬性：由一個(gè)或多個(gè)字符串組成，是用來查找節(jié)點(diǎn)的方法之一
status屬性：用于指示設(shè)備的“操作狀態(tài)” ，通過status可以禁用或啟用設(shè)備
reg屬性：描述設(shè)備資源在其父總線定義的地址空間內(nèi)的地址，通常情況下用于表示一塊寄存器的起始地址（偏移地址）和長度
#address-cells 和 #size-cells：這兩個(gè)屬性同時(shí)存在，在設(shè)備樹ocrams結(jié)構(gòu)中，用在有子節(jié)點(diǎn)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)，用于設(shè)置子節(jié)的“reg”屬性的“書寫格式”
ranges屬性：它是一個(gè)地址映射/轉(zhuǎn)換表，由子地址、父地址和地址空間長度這三部分組成：
child-bus-address： 子總線地址空間的物理地址， 由父節(jié)點(diǎn)的#address-cells 確定此物理地址所占用的字長
parent-bus-address：父總線地址空間的物理地址，同樣由父節(jié)點(diǎn)的#address-cells 確定此物理地址所占用的字長
length：子地址空間的長度，由父節(jié)點(diǎn)的#size-cells 確定此地址長度所占用的字長
2.2.4 特殊節(jié)點(diǎn)
aliases子節(jié)點(diǎn)：其作用是為其他節(jié)點(diǎn)起一個(gè)別名，例如：
chosen子節(jié)點(diǎn)：該節(jié)點(diǎn)位于根節(jié)點(diǎn)下，它不代表實(shí)際硬件， 它主要用于給內(nèi)核傳遞參數(shù)，例如：
表示系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)輸出 stdout 使用串口 uart1。
3 設(shè)備樹編程之OF函數(shù)
內(nèi)核提供了一系列函數(shù)用于從設(shè)備節(jié)點(diǎn)獲取設(shè)備節(jié)點(diǎn)中定義的屬性，這些函數(shù)以 of_ 開頭，稱為OF函數(shù)。在編寫設(shè)備樹版的LED驅(qū)動(dòng)時(shí)，在進(jìn)行硬件配置方面，就是要用這些OF函數(shù)，將寄存器地址等信息從設(shè)備樹文件中獲取出來，然后進(jìn)行GPIO配置。
先來列舉一下這些函數(shù)：
3.1 查找節(jié)點(diǎn)的OF函數(shù)
of_find_node_by_name
通過節(jié)點(diǎn)名字查找指定的節(jié)點(diǎn)
of_find_node_by_type
通過device_type屬性查找指定的節(jié)點(diǎn)
of_find_compatible_node
根據(jù)device_type和compatible這兩個(gè)屬性查找指定的節(jié)點(diǎn)
of_find_matching_node_and_match
通過of_device_id匹配表來查找指定的節(jié)點(diǎn)
of_find_node_by_path
通過路徑來查找指定的節(jié)點(diǎn)
3.2 查找父/子節(jié)點(diǎn)的OF函數(shù)
of_get_parent
用于查找父節(jié)點(diǎn)
of_get_next_child
用迭代的方式查找子節(jié)點(diǎn)
3.3 提取屬性值的OF函數(shù)
of_find_property
查找指定的屬性
of_property_count_elems_of_size
用于獲取屬性中元素的數(shù)量
of_property_read_u32_index
用于從屬性中獲取指定標(biāo)號(hào)的u32類型數(shù)據(jù)值
of_property_read_u8_array
用于讀取屬性中 u8類型的數(shù)組數(shù)據(jù)（類似的函數(shù)還有u16、u32 和 u64）
of_property_read_u8
用于讀取只有一個(gè)整形值的屬性（類似的函數(shù)還有u16、u32 和 u64）
of_property_read_string
用于讀取屬性中字符串值
of_n_addr_cells
用于獲取#address-cells 屬性值
of_n_size_cells
用于獲取#size-cells 屬性值
3.4 其他常用的OF函數(shù)
of_device_is_compatible
用于查看節(jié)點(diǎn)的compatible屬性是否有包含compat指定的字符串，也就是檢查設(shè)備節(jié)點(diǎn)的兼容性
of_get_address
用于獲取地址相關(guān)屬性
of_translate_address
用于將設(shè)備樹讀取到的地址轉(zhuǎn)換為物理地址
of_address_to_resource
用于將reg屬性值，轉(zhuǎn)換為resource結(jié)構(gòu)體類型
of_iomap ?
用于直接內(nèi)存映射
4 設(shè)備樹LED驅(qū)動(dòng)程序與實(shí)驗(yàn)
回憶之前的LED字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)的編寫方法：直接在驅(qū)動(dòng)文件regled.c中定義有關(guān)寄存器物理地址，然后使用io_remap函數(shù)進(jìn)行內(nèi)存映射得到對(duì)應(yīng)的虛擬地址，最后操作寄存器對(duì)應(yīng)的虛擬地址完成對(duì)GPIO的初始化。
使用設(shè)備樹編寫字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)，主要的一點(diǎn)區(qū)別是：使用設(shè)備樹向Linux內(nèi)核傳遞相關(guān)的寄存器物理地址，Linux驅(qū)動(dòng)文件使用OF函數(shù)從設(shè)備樹中獲取所需的屬性值，然后使用獲取到的屬性值來初始化相關(guān)的IO，所以，其本質(zhì)還是配置寄存器。
所以，使用設(shè)備樹進(jìn)行LED驅(qū)動(dòng)，需要的修改主要為：
修改imx6ull-myboard.dts設(shè)備樹文件，在其中添加RGB-LED的設(shè)備節(jié)點(diǎn)
編寫RGB-LED驅(qū)動(dòng)程序，獲取設(shè)備樹中的相關(guān)屬性值，并使用相關(guān)的屬性值進(jìn)行GPIO的初始化
編寫RGB-LED應(yīng)用程序，控制RGB-LED的亮滅
4.1 修改設(shè)備樹文件
編譯設(shè)備樹，在內(nèi)核源碼的根目錄下（我的是~/myTest/imx6ull/kernel/nxp_kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga），執(zhí)行如下make命令即可單獨(dú)編譯自己修改的設(shè)備樹：
4.2 測(cè)試設(shè)備樹
4.2.1 測(cè)試環(huán)境切換
由于這次是修改了設(shè)備樹文件，而我的板子已經(jīng)燒錄了固件到emmc，因此，這次實(shí)驗(yàn)，重新將板子設(shè)為從SD卡啟動(dòng)uboot并從網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)NFS文件系統(tǒng)的方式，方便修改測(cè)試設(shè)備樹。（板子從網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)的方式，可參考之前的文章）,若之前SD的uboot配置還在，將板子切換到SD卡啟動(dòng)，并確保網(wǎng)絡(luò)暢通，即可從網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)。
若nfs服務(wù)器（ubuntu虛擬器）的IP發(fā)生變化，需要和之前一樣進(jìn)行類似如下的bootargs和bootcmd配置：
注意這里的192.168.5.104是我的ubuntu的IP，192.168.5.102是板子的IP。
4.2.2 設(shè)備樹修改后的效果
在測(cè)試設(shè)備樹之前，可以先看一下目前板子的設(shè)備樹中都有什么：
將編譯后的dtb文件放到網(wǎng)絡(luò)啟動(dòng)位置，比如我的是復(fù)制到這里：
然后重啟板子，再次查看/proc/device-tree/目錄：
可以看到，出現(xiàn)了新加的myboardled節(jié)點(diǎn)，進(jìn)入myboardled目錄下，可以看到其屬性信息。
4.3 修改LED驅(qū)動(dòng)程序
驅(qū)動(dòng)程序整體框架和上一篇的寄存器版配置程序基本相同，主要的不同是修改硬件配置的方式，
上面的程序修改部分，從整個(gè)LED驅(qū)動(dòng)的框架來看，修改的只是如下圖中的黃色框部分：
4.4 實(shí)驗(yàn)測(cè)試
編譯設(shè)備樹版的LED驅(qū)動(dòng)程序，并將編譯好的ko文件發(fā)送到nfs文件系統(tǒng)對(duì)應(yīng)的文件夾下。
LED是應(yīng)用程序不需要修改，仍使用上一篇文章中的程序即可。
測(cè)試方法與之前基本相同：
使用設(shè)備樹的方式，再次點(diǎn)亮LED:
5 總結(jié)
本篇介紹了設(shè)備樹的基本原理以及設(shè)備樹的使用方法，在上一篇點(diǎn)亮LED的代碼基礎(chǔ)上，通過設(shè)備樹的方式，實(shí)現(xiàn)了LED點(diǎn)燈，總結(jié)一下主要的修改就是先在設(shè)備樹中添加LED節(jié)點(diǎn)，然后在驅(qū)動(dòng)文件中通過OF函數(shù)來讀取設(shè)備樹中的寄存器信息，再進(jìn)行GPIO的初始化，其它部分的程序與上一篇的基本一樣。
