ARM Linux 驱动开发篇---Linux 设备树简介-- Ubuntu20.04

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目录

前言

一、什么是设备树?

[二、DTS、DTB 和 DTC](#二、DTS、DTB 和 DTC)

三、DTS编译规则

[四、DTB 文件最终如何被内核使用?](#四、DTB 文件最终如何被内核使用?)

总结


前言

在传统驱动中,GPIO址、中断号、时钟参数等硬件信息都硬编码在代码里,换一块开发板就要改一次驱动;而设备树通过.dts文件统一描述所有硬件资源,驱动只需通过标准 API获取资源,实现 "一次编写、多板适配"。如今****设备树已经成为 Linux 驱动开发的核心规范,是每一位嵌入式 Linux 工程师必须掌握的技能。本期博客开始介绍一下设备树的相关概念。


一、什么是设备树?

设备树(Device Tree),顾名思义,就是用树形结构来描述硬件设备的信息。它的核心思想是:硬件是静态的,驱动是动态的。

设备(Device):指开发板上的所有硬件组件,如 CPU、内存控制器、I2C 控制器、SPI 控制器、GPIO 控制器、以及挂接在这些总线上的具体外设(如 LED、按键、EEPROM 等)。

树(Tree):指这些硬件设备之间的连接关系。在设备树中,硬件系统被抽象成一棵倒置的树,系统总线是树干,各个控制器(如 I2C、SPI、GPIO)是从主干分出的分支,而挂接在这些控制器上的外设(如 I2C 设备、SPI 设备)则是分支上的叶子节点。

在这棵 "树" 中:

树干是系统总线,所有的控制器都直接或间接挂接在总线上。

从主干分出了 I2C 控制器、SPI 控制器、GPIO 控制器等分支。

每个控制器分支又可以挂接具体的外设叶子节点,例如 I2C1 控制器上挂接了 FT5206 和 AT24C02,I2C2 控制器上挂接了 MPU6050。

描述这棵 "树" 的文件就是 DTS(Device Tree Source)文件,它采用特定的语法规则,将硬件的拓扑结构、地址、中断等信息清晰地记录下来。

二、DTS**、DTB和****DTC**

我们刚才说了设备树源文件扩展名为.dts,但是我们在前面移植 Linux 的时候却一直在使用.dtb 文件,那么 DTS 和 DTB 这两个文件是什么关系呢?

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。

将.c 文件编译为.o 需要用到 gcc 编译器。

那么将.dts 编译为.dtb需要什么工具呢?需要用到 DTC 工具!

具体流程可以如下图所示:

DTC 工具源码在 Linux 内核的 scripts/dtc 目录下, scripts/dtc/Makefile 文件内容如下:

复制代码
hostprogs-y := dtc

always      := $(hostprogs-y)

dtc-objs := dtc.o flattree.o fstree.o data.o livetree.o treesource.o \
            srcpos.o checks.o util.o
dtc-objs += dtc-lexer.lex.o dtc-parser.tab.o
......

可以看出, DTC 工具依赖于 dtc.c 、 flattree.c 、 fstree.c 等文件,最终编译并链接出 DTC 这个主机文件。如果要编译 DTS 文件的话只需要进入到 Linux 源码根目录下,然后执行如下命令:

复制代码
make all

或:

复制代码
make dtbs

" make all "命令是编译 Linux 源码中的所有东西,包括 zImage , .ko 驱动模块以及设备树,如果只是编译设备树的话建议使用"make dtbs "命令。

三、DTS编译规则

在嵌入式 Linux 开发中,同一个 ARM 架构 SoC(如 I.MX6ULL)往往可以适配多款不同的开发板,每块板子都有独立的设备树文件(.dts)。那么在编译内核时,系统如何知道该编译哪一个 DTS?又是通过什么机制进行管理的?

为了实现这种灵活、可扩展、自动匹配的设备树编译机制。

Linux 内核在arch/arm/boot/dts/Makefile 中对设备树进行统一管理。
以 I.MX6UL / I.MX6ULL / I.MX6SLL 系列为例:

复制代码
dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6UL) += \
    imx6ul-14x14-ddr3-arm2.dtb \
    imx6ul-14x14-ddr3-arm2-emmc.dtb \
    ...

dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6ULL) += \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-adc.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-cs42888.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-ecspi.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-emmc.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-epdc.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-flexcan2.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-gpmi-weim.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-lcdif.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-ldo.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-qspi.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-qspi-all.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-tsc.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-uart2.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-usb.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-wm8958.dtb \
    imx6ull-14x14-evk.dtb \
    imx6ull-14x14-evk-btwifi.dtb \
    imx6ull-14x14-evk-emmc.dtb \
    imx6ull-14x14-evk-gpmi-weim.dtb \
    imx6ull-14x14-evk-usb-certi.dtb \
    imx6ull-alientek-emmc.dtb \
    imx6ull-alientek-nand.dtb \
    imx6ull-9x9-evk.dtb \
    imx6ull-9x9-evk-btwifi.dtb \
    imx6ull-9x9-evk-ldo.dtb

dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6SLL) += \
    imx6sll-lpddr2-arm2.dtb \
    imx6sll-lpddr3-arm2.dtb \
    ...

dtb-$(CONFIG_XXX) 表示使能该 CONFIG 时才会编译这些设备树。

每一行 .dtb 都对应一个 .dts 源文件。

同一个 SoC 的所有开发板设备树都放在同一个分组下。

所有使用到 I.MX6ULL 这个 SOC 的板子对应的.dts 文件都会被编译为.dtb。如果我们使用 I.MX6ULL 新做 了一个板子,只需要新建一个此板子对应的.dts 文件,然后将对应的.dtb 文件名添加到 dtb- $(CONFIG_SOC_IMX6ULL)下,这样在编译设备树的时候就会将对应的.dts 编译为二进制的.dtb 文件。

其中下面两行就是I.MX6U-ALPHA 开发板移植 Linux 系统的时候需要添加的设备树。

复制代码
    imx6ull-14x14-evk-usb-certi.dtb \
    imx6ull-alientek-emmc.dtb \

四、DTB 文件最终如何被内核使用?

编译好的 .dtb 是二进制设备树文件,使用流程如下:
U-Boot 启动
U-Boot 读取 imx6ull-alientek-emmc.dtb 到内存
U-Boot 使用 bootz 或 bootm 命令将 DTB 地址传递给 Linux 内核
内核启动时解析 DTB,获取硬件信息


总结

本期博客介绍了设备树的相关概念。

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