一、内核head.S对dtb的简单处理
Documentation/devicetree/usage-model.txt 中指定：
Linux uses DT data for three major purposes: 1) platform identification, 2) runtime configuration, and 3) device population.
内核对设备树的处理也是分这三部分的。
1. 对于32bit的arm处理器，bootloader启动内核时,会设置r0,r1,r2三个寄存器,
r0一般设置为0;
r1一般设置为machine id (在使用设备树时该参数没有被使用);
r2一般设置ATAGS(使用设备树之前)或DTB的开始地址(使用设备树之后)
bootloader给内核传递的参数时有2种方法：ATAGS 或 DTB
a. __lookup_processor_type : 使用汇编指令读取CPU ID, 根据该ID找到对应的proc_info_list结构体(里面含有这类CPU的初始化函数、信息)
b. __vet_atags : 判断是否存在可用的ATAGS或DTB
c. __create_page_tables : 创建页表, 即创建虚拟地址和物理地址的映射关系
d. __enable_mmu : 使能MMU, 以后就要使用虚拟地址了
e. __mmap_switched : 上述函数里将会调用__mmap_switched
f. 把bootloader传入的r2参数, 保存到变量__atags_pointer中
g. 调用C函数start_kernel
head.S/head-common.S :
把bootloader传来的r1值, 赋给了C变量: __machine_arch_type
把bootloader传来的r2值, 赋给了C变量: __atags_pointer // dtb首地址
对于32bit的arm处理器，machine_desc 使用 MACHINE_START 初始化，其 dt_compat 存储的是 compatible 属性数组，用于表示支持的单板。
u-boot 中也提供的对dtb文件进行操作的命令，为 fdt, uboot 中所有的命令都是使用U_BOOT_CMD()来定义的，对应文件中有命令的使用注释。
二、内核对设备树中平台信息的处理
a. 设备树根节点的compatible属性列出了一系列的字符串，表示它兼容的单板名，从“最兼容”到次之(体现在匹配顺序上)。
b. 内核中有多个machine_desc，其中有 dt_compat 成员，它指向一个字符串数组，里面表示该 machine_desc 支持哪些单板。
c. 使用设备树根节点的 compatile 属性的值，跟每一个 machine_desc.dt_compat 比较，成绩为"吻合的compatile属性值的位置"，成绩越低越匹配, 对应的 machine_desc 即被选中。
函数调用过程(arm平台适合，但是不适合arm64平台了):
start_kernel // init/main.c setup_arch(&command_line); // arch/arm/kernel/setup.c mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer); // arch/arm/kernel/devtree.c /*将dtb文件占用的内存预留起来(之后通过sysfs文件可以dump)*/ fixmap_remap_fdt(dt_phys); __fixmap_remap_fdt(dt_phys, &size, PAGE_KERNEL_RO); memblock_reserve(dt_phys, size); early_init_dt_verify(phys_to_virt(dt_phys) // 判断是否有效的dtb, drivers/of/ftd.c /*保存设备树dtb文件起始地址*/ initial_boot_params = params; mdesc = of_flat_dt_match_machine(mdesc_best, arch_get_next_mach); //找到最匹配的machine_desc, drivers/of/ftd.c while ((data = get_next_compat(&compat))) { score = of_flat_dt_match(dt_root, compat); if (score > 0 && score < best_score) { best_data = data; best_score = score; } } machine_desc = mdesc;
三、内核对设备树中运行时配置信息的处理
1. 函数调用过程
start_kernel // init/main.c setup_arch(&command_line); // arch/arm/kernel/setup.c mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer); // arch/arm/kernel/devtree.c early_init_dt_scan_nodes(); // drivers/of/ftd.c /*从“/chosen”(根节点下的chosen节点)下检索各种信息*/ of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_chosen, boot_command_line); /* Initialize {size,address}-cells info */ of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_root, NULL); /* Setup memory, calling early_init_dt_add_memory_arch */ of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_memory, NULL);
a. /chosen 节点中 bootargs 属性的值, 存入全局变量 boot_command_line
b. 将根节点的 #address-cells, #size-cells 属性的值，存入全局变量 dt_root_addr_cells, dt_root_size_cells
c. 解析 /memory 中的 reg 属性, 提取出"base, size", 最终调用 memblock_add(base, size);
2. dts文件中的每一个 “{};” 都表示一个节点，都会对应构造一个 device_node 结构体，根节点也不例外。同级不同节点之间是兄弟的关系，包含节点是父子关系。
四、dtb转换为device_node(unflatten)的过程
1. 函数调用过程
setup_arch(char **cmdline_p) arm_memblock_init(mdesc); // arch/arm/kernel/setup.c early_init_fdt_reserve_self(); //把DTB所占区域保留下来, 即调用: memblock_reserve early_init_dt_reserve_memory_arch(__pa(initial_boot_params), fdt_totalsize(initial_boot_params), 0); early_init_fdt_scan_reserved_mem(); // 根据dtb中的memreserve信息, 调用memblock_reserve /*非扁平化，也就是把dtb构造成树的结构*/ unflatten_device_tree(void) /* * 遍历设备树中每一个node节点，然后构造device_node结构体，并生成其树状关系， * 根节点存在struct device_node of_root参数中。 */ __unflatten_device_tree(initial_boot_params, NULL, &of_root, early_init_dt_alloc_memory_arch, false); unflatten_dt_nodes(blob, NULL, dad, NULL); /*对设备树中的所有节点都执行这个填充节点的函数*/ populate_node /* * 这里一块把节点的名字长度allocl一起分配了，节点的名字在device_node的末尾， * 由device_node中的full_name指向。 */ unflatten_dt_alloc(mem, sizeof(struct device_node) + allocl, __alignof__(struct device_node)); np->full_name = fn = ((char *)np) + sizeof(*np); /* 处理属性，为节点中的每一个属性都构造一个struct property结构 */ populate_properties(blob, offset, mem, np, pathp, dryrun);
2. 在DTB文件中,
dtb文件中，每一个节点都以 TAG(FDT_BEGIN_NODE 即 0x00000001) 开始, 节点内部可以嵌套其他节点, 每一个属性都以 TAG(FDT_PROP即0x00000003)开始
3. dtb文件中的每一个节点都转换为一个device_node结构体:
struct device_node { const char *name; // 来自节点中的name属性, 如果没有该属性, 则设为"NULL" const char *type; // 来自节点中的device_type属性, 如果没有该属性, 则设为"NULL" phandle phandle; const char *full_name; //存储节点的名字, node-name[@unit-address]，实际上它是个指针，指向存在于这个结构体后面的名字。 struct fwnode_handle fwnode; struct property *properties; // 节点的属性 struct property *deadprops; /* removed properties */ struct device_node *parent; // 节点的父亲 struct device_node *child; // 节点的孩子(子节点) struct device_node *sibling; // 节点的兄弟(同级节点) #if defined(CONFIG_OF_KOBJ) struct kobject kobj; #endif unsigned long _flags; void *data; #if defined(CONFIG_SPARC) const char *path_component_name; unsigned int unique_id; struct of_irq_controller *irq_trans; #endif };
4. device_node 结构体中有 properties, 用来表示该节点的属性，每一个属性对应一个 property 结构体
struct property { char *name; // 属性名字, 指向dtb文件中的字符串，比如reg, compatible等。 int length; // 属性值的长度 void *value; // 属性值, 指向dtb文件中value所在位置, 数据仍以big endian存储 struct property *next; #if defined(CONFIG_OF_DYNAMIC) || defined(CONFIG_SPARC) unsigned long _flags; #endif #if defined(CONFIG_OF_PROMTREE) unsigned int unique_id; #endif #if defined(CONFIG_OF_KOBJ) struct bin_attribute attr; #endif };
5. 这些device_node构成一棵树, 根节点为: of_root
五、device_node 转换为 platform_device
1. 转换过程
dts -> dtb -> device_node -> platform_device
(1) 哪些 device_node 可以转换为 platform_device ？
① 根节点下的含有 compatile 属性的子节点。
② 如果一个结点的 compatile 属性含有这些特殊的值("simple-bus","simple-mfd","isa","arm,amba-bus"，定义在 of_default_bus_match_table 中)之一, 那么它的子结点(需含compatile属性)也可以转换为platform_device。
(2) 怎么转换 ？
platform_device 中含有 resource 数组, 它来自 device_node 的 reg, interrupts 属性;
platform_device.dev.of_node 指向 device_node，可以通过它获得其他属性。
2. 根节点下的i2c, spi等节点会转换为平台设备的设备端，i2c, spi等总线节点下的子节点, 应该交给对应的总线驱动程序来处理, 它们不应该被转换为 platform_device。
3. 小结:
(1) 内核函数 of_platform_default_populate_init, 遍历 device_node 树, 生成 platform_device。
(2) 并非所有的 device_node 都会转换为 platform_device，只有以下的device_node会转换:
① 该节点必须含有 compatible 属性
② 需要是根节点的子节点(节点必须含有compatible属性)才会转换
③ 含有特殊 compatible 属性的节点的子节点(子节点必须含有compatible属性，子节点的子节点才会转换)，这些特殊的compatilbe属性为: "simple-bus","simple-mfd","isa","arm,amba-bus"，定义在全局of_default_bus_match_table中。
4. 示例
/ { mytest { /*父节点中的"simple-bus"属性会导致其子节点也会构建出平台设备的设备端*/ compatile = "mytest", "simple-bus"; mytest@0 { compatile = "mytest_0"; }; }; i2c { compatile = "samsung,i2c"; at24c02 { compatile = "at24c02"; }; }; spi { compatile = "samsung,spi"; flash@0 { compatible = "winbond,w25q32dw"; spi-max-frequency = <25000000>; reg = <0>; }; }; };
(1) 节点 /mytest 会被转换为 platform_device。由于它兼容 "simple-bus", 它的子节点 /mytest/mytest@0 也会被转换为platform_device. 也就是说一个节点的 compatible 属性中只要有 "simple-bus"，其子节也会转换为 platform_device，若没有是不会转换的。
simple-bus 在usage-model中有介绍。
(2) /i2c 节点一般表示i2c控制器，它会被转换为platform_device，在内核中有对应的 platform_driver; 其子节点 /i2c/at24c02 节点不会被转换为 platform_device，它被如何处理完全由父节点的 platform_driver 决定, 一般是被创建为一个i2c_client。
(3) /spi 节点也类似, 它一般也是用来表示 SPI 控制器, 它会被转换为 platform_device, 在内核中有对应的 platform_driver; 其子节点 /spi/flash@0 不会被转换为 platform_device, 它被如何处理完全由父节点的 platform_driver 决定, 一般是被创建为一个spi_device。
5. device_node 节点转化为 platform_device 的函数调用过程
负责转化的函数为：
static int __init of_platform_default_populate_init(void) arch_initcall_sync(of_platform_default_populate_init);
内核中没有直接对它的调用，而是使用放在".initcall3s.init"代码段中，在内核启动时进行 do_initcall_level 时调用这个函数。
arch_initcall_sync(of_platform_default_populate_init) 宏等效于：
static initcall_t __initcall_of_platform_default_populate_init3s __used __attribute__((__section__(".initcall3s.init"))) = of_platform_default_populate_init;
start_kernel //init/main.c rest_init(); pid = kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS); /*创建kernel_init内核线程*/ kernel_init kernel_init_freeable(); do_basic_setup(); do_initcalls(); for (level = 0; level < ARRAY_SIZE(initcall_levels) - 1; level++) do_initcall_level(level); //比如 do_initcall_level(3) for (fn = initcall_levels[3]; fn < initcall_levels[3+1]; fn++) do_one_initcall(initcall_from_entry(fn)); //就是调用"arch_initcall_sync(fn)"中定义的fn函数
生成platform_device的过程:
of_platform_default_populate_init //drivers/of/platform.c of_platform_default_populate(NULL, NULL, NULL); of_platform_populate(NULL, of_default_bus_match_table, NULL, NULL) for_each_child_of_node(root, child) { rc = of_platform_bus_create(child, matches, lookup, parent, true); //调用过程看下面 of_platform_device_create_pdata /*根据device_node节点的属性设置platform_device的resource*/ dev = of_device_alloc(np, bus_id, parent); if (num_irq || num_reg) { res = kzalloc(sizeof(*res) * (num_irq + num_reg), GFP_KERNEL); dev->num_resources = num_reg + num_irq; dev->resource = res; for (i = 0; i < num_reg; i++, res++) { rc = of_address_to_resource(np, i, res); } } /*若父设备设备树中的节点中compatible中没有这个table里面的字符，就不为其子节点创建平台设备了*/ if (!dev || !of_match_node(of_default_bus_match_table, bus)) return 0;
of_platform_bus_create的详细调用过程(处理bus节点生成platform_devie, 并决定是否处理它的子节点):
of_platform_bus_create(bus, matches, ...) dev = of_platform_device_create_pdata(bus, bus_id, platform_data, parent); // 生成bus节点的platform_device结构体 /* * 如果父设备树节点(一级节点)的compatile属性不吻合of_default_bus_match_table表, * 就不为它的子节点(二级节点)创建platform_device结构。(这是个递归调用，也可能是 * 三、四级节点)。 */ if (!dev || !of_match_node(matches, bus)) return 0; for_each_child_of_node(bus, child) { //取出每一个子节点 pr_debug(" create child: %pOF\n", child); /* * 若上面吻合就为它的子节点也创建平台设备的设备端, 这是一个递归调用。 */ rc = of_platform_bus_create(child, matches, lookup, &dev->dev, strict); }
6. I2C总线节点的处理过程:
/i2c 节点一般表示 i2c 控制器, 它会被转换为 platform_device, 在内核中有对应的 platform_driver; platform_driver 的 probe 函数中会调用 i2c_add_numbered_adapter:
i2c_add_numbered_adapter // drivers/i2c/i2c-core-base.c __i2c_add_numbered_adapter i2c_register_adapter of_i2c_register_devices(adap); // drivers/i2c/i2c-core-of.c for_each_available_child_of_node(bus, node) { client = of_i2c_register_device(adap, node); client = i2c_new_device(adap, &info); //设备树中的/i2c的子节点被转换为i2c_client device_register(&client->dev); }
i2c触摸板驱动(client驱动)的注册过程：
mxt_init(void) //atmel_mxt_ts.c i2c_add_driver(&mxt_driver); //也就是i2c_register_driver(THIS_MODULE, driver) /*注册返回时，驱动程序核心将为所有匹配但未绑定的设备调用了probe()。*/ driver_register(&driver->driver); /*遍历已经存在的i2c适配器(每一个i2c主机控制器都会注册成一个i2c适配器)*/ i2c_for_each_dev(driver, __process_new_driver); i2c_do_add_adapter(data, to_i2c_adapter(dev));s /*检测该总线上支持的设备，并实例化它们*/ i2c_detect(adap, driver); i2c_detect_address(temp_client, driver); client = i2c_new_device(adapter, &info);
7. SPI总线节点的处理过程:
/spi 节点一般表示 spi 控制器, 它会被转换为 platform_device, 在内核中有对应的 platform_driver; platform_driver的probe函数中会调用spi_register_master, 即spi_register_controller:
spi_register_controller // drivers/spi/spi.c of_register_spi_devices // drivers/spi/spi.c for_each_available_child_of_node(ctlr->dev.of_node, nc) { spi = of_register_spi_device(ctlr, nc); // 设备树中的spi子节点被转换为spi_device spi = spi_alloc_device(ctlr); rc = of_spi_parse_dt(ctlr, spi, nc); rc = spi_add_device(spi); }
8. 小结
并不是所有的 device_node 结构都能转换成 platform_device 结构，比如根节点、choosen、memory 等对应的 device_node 就不会转换为platform_device 结构。一般只有根节点的子节点(一级子节点)才能转化为 platform_device 结构，子节点的子节点一般情况下是不可以转换为 platform_device 结构的，但是若其父节点的compatible属性中指定了of_default_bus_match_table中的字符串，其子节点也是可以转化为 platform_device 的。
/i2c 下的子节点是交由根节点下的i2c节点对应的 platform_driver 驱动的，子节点注册成为 i2c_client。spi总线的类似，其子节点注册为spi_device。
根节点下的子节点会注册成为平台设备的设备端，根节点的子节点的子节点不会注册成平台设备，而是由其父节点的平台驱动负责处理。
六、platform_device跟platform_driver的匹配
1. 注册 platform_driver 的过程
platform_driver_register //drivers/base/platform.c __platform_driver_register drv->driver.probe = platform_drv_probe; driver_register //最终调用的是这个函数，i2c的和spi的也都是它 bus_add_driver //把 platform_driver 放入 platform_bus_type 的driver链表中 klist_add_tail(&priv->knode_bus, &bus->p->klist_drivers); driver_attach bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach); // 对于plarform_bus_type下的每一个设备, 调用__driver_attach __driver_attach ret = driver_match_device(drv, dev); // 判断dev和drv是否匹配成功 return drv->bus->match ? drv->bus->match(dev, drv) : 1; // 调用 platform_bus_type.match driver_probe_device(drv, dev); really_probe drv->probe // platform_drv_probe platform_drv_probe struct platform_driver *drv = to_platform_driver(_dev->driver); drv->probe
2. 注册 platform_device 的过程
platform_device_register platform_device_add device_add bus_add_device //把 platform_device 放入 platform_bus_type 的device链表中 klist_add_tail(&dev->p->knode_bus, &bus->p->klist_devices); bus_probe_device(dev); device_initial_probe __device_attach //对于plarform_bus_type下的每一个driver, 调用 __device_attach_driver ret = bus_for_each_drv(dev->bus, NULL, &data, __device_attach_driver); __device_attach_driver ret = driver_match_device(drv, dev); return drv->bus->match ? drv->bus->match(dev, drv) : 1; //调用platform_bus_type.match driver_probe_device
匹配函数是platform_bus_type.match，即platform_match，由这个函数可知匹配过程按优先顺序罗列如下:
a. 比较 platform_dev.driver_override 和 platform_driver.drv->name
b. 比较 platform_dev.dev.of_node的compatible属性 和 platform_driver.drv->of_match_table
c. 比较 platform_dev.name 和 platform_driver.id_table
d. 比较 platform_dev.name 和 platform_driver.drv->name
有一个成功, 即匹配成功，之后dev不再参与匹配了。
3. 范围更广一些的总线设备模型：
设备端注册或驱动端注册都会触发匹配，匹配是使用 bus_type.match()，匹配上后会调用 bus_type.probe()，bus的probe()中会调用
驱动的probe().
(1) 驱动端注册触发的匹配过程：
driver_register(struct device_driver *drv) bus_add_driver(struct device_driver *drv) //drivers/base/bus.c driver_attach(struct device_driver *drv) //drivers/base/dd.c bus_for_each_dev(drv->bus, NULL, drv, __driver_attach); __driver_attach(struct device *dev, void *data) /*调用drv->bus->match(dev, drv)来匹配dev和drv,匹配上后调用下面的probe()流程*/ driver_match_device(drv, dev); /* * 只有当这个dev->driver为空的时候才进行匹配，也就是说一旦dev匹配到drv后就 * 不再参与匹配过程了。 */ if (!dev->driver) driver_probe_device(struct device_driver *drv, struct device *dev) //drivers/base/dd.c really_probe //drivers/base/dd.c if (dev->bus->probe) { /*先回去调用bus的probe，在bus的probe中再调用驱动的probe.*/ ret = dev->bus->probe(dev); } else if (drv->probe) { /*若bus的probe不存在，则直接调用驱动的probe.*/ ret = drv->probe(dev); }
对于i2c平台设备，其bus为 i2c_bus_type，i2c_bus_type.probe = i2c_device_probe：
i2c_device_probe if (driver->probe) status = driver->probe(client, i2c_match_id(driver->id_table, client));
只要 device_driver 在注册的时候指定好 bus，之后引用的都是这个bus里面的函数.
(2) 设备端注册触发匹配过程：
device_register(struct device *dev) //drivers/base/core.c device_add(dev); bus_add_device(dev); /*将device添加到bus的klist_devices链表中*/ klist_add_tail(&dev->p->knode_bus, &bus->p->klist_devices); kobject_uevent(&dev->kobj, KOBJ_ADD); bus_probe_device(dev); if (bus->p->drivers_autoprobe) device_initial_probe(dev); //drivers/base/dd.c __device_attach(dev, true); /*对bus上的每一个驱动都与device匹配*/ bus_for_each_drv(dev->bus, NULL, &data, __device_attach_driver); __device_attach_driver driver_match_device(drv, dev); driver_probe_device(drv, dev); /*接下来的处理流程和drv匹配dev是一样的了*/
七、内核中设备树的操作函数
dtb -> device_node -> platform_device
1. include/linux/目录下有很多of开头的头文件:
// (1) 处理DTB的 of_fdt.h // dtb文件的相关操作函数, 我们一般用不到, 因为dtb文件在内核中已经被转换为device_node树(它更易于使用) // (2) 处理device_node的 of.h // 提供设备树的一般处理函数, 比如 of_property_read_u32(读取某个属性的u32值), of_get_child_count(获取某个device_node的子节点数) of_address.h // 地址相关的函数, 比如 of_get_address(获得reg属性中的addr, size值) of_match_device(从matches数组中取出与当前设备最匹配的一项) of_dma.h // 设备树中DMA相关属性的函数 of_gpio.h // GPIO相关的函数 of_graph.h // GPU相关驱动中用到的函数, 从设备树中获得GPU信息 of_iommu.h // 很少用到 of_irq.h // 中断相关的函数 of_mdio.h // MDIO (Ethernet PHY) API of_net.h // OF helpers for network devices. of_pci.h // PCI相关函数 of_pdt.h // 很少用到 of_reserved_mem.h // reserved_mem的相关函数 // (3) 处理 platform_device的，在将 device_node --> platform_device 的过程中大量使用 of_platform.h // 把device_node转换为platform_device时用到的函数, // 比如of_device_alloc(根据device_node分配设置platform_device), // of_find_device_by_node (根据device_node查找到platform_device), // of_platform_bus_probe (处理device_node及它的子节点) of_device.h // 设备相关的函数, 比如 of_match_device
2. 设备树中的下面的操作使用的应该是handle，有两个值，表示可以引用两类中断。
interrupts = <0xA 0x8>
八、在根文件系统中查看设备树(有助于调试)
1. /sys/firmware/fdt // 原始dtb文件
hexdump -C /sys/firmware/fdt //打印出原始的dtb文件
2. /sys/firmware/devicetree // 以目录结构程现的dtb文件
根节点对应其中的base目录, 每一个节点对应一个目录, 每一个属性对应一个文件。
3. /sys/devices/platform // 显示系统中所有的platform_device, 有来自设备树的, 也有来有.c文件中注册的。
对于来自设备树的platform_device，其sys文件路径下有of_node节点(反向也成立)。可以进入 /sys/devices/platform/<设备名>/of_node 查看它的设备树属性
可以根据这个目录判断平台设备的设备端有没有被创建。也可以通过有无 of_node 节点来判断是不是通过设备树节点产生的平台设备。
4. /proc/device-tree 是链接文件, 指向 /sys/firmware/devicetree/base