Linux 设备驱动开发 —— 设备树在platform设备驱动中的使用

关与设备树的概念，我们在Exynos4412 内核移植（六）—— 设备树解析 里面已经学习过，下面看一下设备树在设备驱动开发中起到的作用

Device Tree是一种描述硬件的数据结构，设备树源(Device Tree
Source)文件（以.dts结尾）就是用来描述目标板硬件信息的。Device Tree由一系列被命名的结点（node）和属性（property）组成，而结点本身可包含子结点。所谓属性，其实就是成对出现的name和value。在Device Tree中，可描述的信息包括（原先这些信息大多被hard code到kernel中）。

一、设备树基础概念

1、基本数据格式

device tree是一个简单的节点和属性树，属性是键值对，节点可以包含属性和子节点。下面是一个.dts格式的简单设备树。

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/ {

node1 {

a-string-property = "A string";

a-string-list-property = "first string", "second string";

a-byte-data-property = [0x01 0x23 0x34 0x56];

child-node1 {

first-child-property;

second-child-property = <1>;

a-string-property = "Hello, world";

};

child-node2 {

};

};

node2 {

an-empty-property;

a-cell-property = <1 2 3 4>; /* each number (cell) is a uint32 */

child-node1 {

};

};

};

该树并未描述任何东西，也不具备任何实际意义，但它却揭示了节点和属性的结构。即：

a -- 一个的根节点:'/'，两个子节点：node1和node2；node1的子节点：child-node1和child-node2，一些属性分散在树之间。

b -- 属性是一些简单的键值对（key-value pairs）：value可以为空也可以包含任意的字节流。而数据类型并没有编码成数据结构，有一些基本数据表示可以在device tree源文件中表示。

c -- 文本字符串（null 终止）用双引号来表示：string-property = "a string"

d -- “Cells”是由尖括号分隔的32位无符号整数：cell-property = <0xbeef 123 0xabcd1234>

e -- 二进制数据是用方括号分隔：binary-property = [0x01 0x23 0x45 0x67];

f -- 不同格式的数据可以用逗号连接在一起：mixed-property = "a string", [0x01 0x23 0x45 0x67], <0x12345678>;

g -- 逗号也可以用来创建字符串列表：string-list = "red fish", "blue fish";

二、设备在device tree 中的描述

系统中的每个设备由device tree的一个节点来表示；

1、节点命名

花些时间谈谈命名习惯是值得的。每个节点都必须有一个<name>[@<unit-address>]格式的名称。<name>是一个简单的ascii字符串，最长为31个字符，总的来说，节点命名是根据它代表什么设备。比如说，一个代表3com以太网适配器的节点应该命名为ethernet，而不是3com509。

如果节点描述的设备有地址的话，就应该加上unit-address，unit-address通常是用来访问设备的主地址，并在节点的reg属性中被列出。后面我们将谈到reg属性。

2、设备

接下来将为设备树添加设备节点：

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/ {

compatible = "acme,coyotes-revenge";

cpus {

cpu@0 {

compatible = "arm,cortex-a9";

};

cpu@1 {

compatible = "arm,cortex-a9";

};

};

serial@101F0000 {

compatible = "arm,pl011";

};

serial@101F2000 {

compatible = "arm,pl011";

};

gpio@101F3000 {

compatible = "arm,pl061";

};

interrupt-controller@10140000 {

compatible = "arm,pl190";

};

spi@10115000 {

compatible = "arm,pl022";

};

external-bus {

ethernet@0,0 {

compatible = "smc,smc91c111";

};

i2c@1,0 {

compatible = "acme,a1234-i2c-bus";

rtc@58 {

compatible = "maxim,ds1338";

};

};

flash@2,0 {

compatible = "samsung,k8f1315ebm", "cfi-flash";

};

};

};

在上面的设备树中，系统中的设备节点已经添加进来，树的层次结构反映了设备如何连到系统中。外部总线上的设备就是外部总线节点的子节点，i2c设备是i2c总线控制节点的子节点。总的来说，层次结构表现的是从CPU视角来看的系统视图。在这里这棵树是依然是无效的。它缺少关于设备之间的连接信息。稍后将添加这些数据。

设备树中应当注意：每个设备节点有一个compatible属性。flash节点的compatible属性有两个字符串。请阅读下一节以了解更多内容。 之前提到的，节点命名应当反映设备的类型，而不是特定型号。请参考ePAPR规范2.2.2节的通用节点命名，应优先使用这些命名。

3、compatible 属性

树中的每一个代表了一个设备的节点都要有一个compatible属性。compatible是OS用来决定绑定到设备的设备驱动的关键。

compatible是字符串的列表。列表中的第一个字符串指定了"<manufacturer>,<model>"格式的节点代表的确切设备，第二个字符串代表了与该设备兼容的其他设备。例如，Freescale MPC8349 SoC有一个串口设备实现了National Semiconductor ns16550寄存器接口。因此MPC8349串口设备的compatible属性为：compatible
= "fsl,mpc8349-uart", "ns16550"。在这里，fsl,mpc8349-uart指定了确切的设备，ns16550表明它与National Semiconductor 16550 UART是寄存器级兼容的。

注：由于历史原因，ns16550没有制造商前缀，所有新的compatible值都应使用制造商的前缀。这种做法使得现有的设备驱动程序可以绑定到一个新设备上，同时仍能唯一准确的识别硬件。

4、编址

可编址的设备使用下列属性来将地址信息编码进设备树：

reg

#address-cells

#size-cells

每个可寻址的设备有一个reg属性，即以下面形式表示的元组列表：

reg = <address1 length1 [address2 length2] [address3 length3] ... >

每个元组,。每个地址值由一个或多个32位整数列表组成，被称做cells。同样地，长度值可以是cells列表，也可以为空。

既然address和length字段是大小可变的变量，父节点的#address-cells和#size-cells属性用来说明各个子节点有多少个cells。换句话说，正确解释一个子节点的reg属性需要父节点的#address-cells和#size-cells值。

5、内存映射设备

与CPU节点中的单一地址值不同，内存映射设备会被分配一个它能响应的地址范围。#size-cells用来说明每个子节点种reg元组的长度大小。

在下面的示例中，每个地址值是1 cell (32位) ，并且每个的长度值也为1 cell，这在32位系统中是非常典型的。64位计算机可以在设备树中使用2作为#address-cells和#size-cells的值来实现64位寻址。

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serial@101f2000 {

compatible = "arm,pl011";

reg = <0x101f2000 0x1000 >;

};

gpio@101f3000 {

compatible = "arm,pl061";

reg = <0x101f3000 0x1000

0x101f4000 0x0010>;

};

interrupt-controller@10140000 {

compatible = "arm,pl190";

reg = <0x10140000 0x1000 >;

};

每个设备都被分配了一个基地址及该区域大小。本例中的GPIO设备地址被分成两个地址范围:0x101f3000~0x101f3fff和0x101f4000~0x101f400f。

三、设备树在platform设备驱动开发中的使用解析

我们仍以 Linux 设备驱动开发 —— platform设备驱动应用实例解析 文中的例子来解析设备树在platform设备驱动中如何使用；

1、设备树对platform中platform_device的替换

其实我们可以看到，Device Tree 是用来描述设备信息的，每一个设备在设备树中是以节点的形式表现出来；而在上面的 platform 设备中，我们利用platform_device 来描述一个设备，我们可以看一下二者的对比

fs4412-beep{ compatible = "fs4412,beep"; reg = <0x114000a0 0x4 0x139D0000 0x14>; }; a -- fs4412-beep 为节点名，符合咱们前面提到的节点命名规范; 我们通过名字可以知道，该节点描述的设备是beep, 设备名是fs4412-beep； b -- compatible = "fs4412,beep"; compatible 属性, 即一个字符串； 前面提到，所有新的compatible值都应使用制造商的前缀，这里是 fs4412; c -- reg = <0x114000a0 0x4 0x139D0000 0x14>; reg属性来将地址信息编码进设备树，表示该设备的地址范围;这里是我们用到的寄存器及偏移量；

static struct resource beep_resource[] = { [0] = { .start = 0x114000a0, .end = 0x114000a0+0x4, .flags = IORESOURCE_MEM, }, [1] = { .start = 0x139D0000, .end = 0x139D0000+0x14, .flags = IORESOURCE_MEM, }, }; static struct platform_device hello_device= { .name = "bigbang",//没用了 .id = -1, .dev.release = hello_release, .num_resources = ARRAY_SIZE(beep_resource ), .resource = beep_resource, };

可以看到设备树中的设备节点完全可以替代掉platform_device。

2、有了设备树，如何实现device 与 driver 的匹配？

我们在上一篇还有 platform_device 中，是利用 .name 来实现device与driver的匹配的，但现在设备树替换掉了device，那我们将如何实现二者的匹配呢？有了设备树后，platform比较的名字存在哪？

我们先看一下原来是如何匹配的 ，platform_bus_type 下有个match成员，platform_match 定义如下

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static int platform_match(struct device *dev, struct device_driver *drv)

{

struct platform_device *pdev = to_platform_device(dev);

struct platform_driver *pdrv = to_platform_driver(drv);

/* Attempt an OF style match first */

if (of_driver_match_device(dev, drv))

return 1;

/* Then try ACPI style match */

if (acpi_driver_match_device(dev, drv))

return 1;

/* Then try to match against the id table */

if (pdrv->id_table)

return platform_match_id(pdrv->id_table, pdev) != NULL;

/* fall-back to driver name match */

return (strcmp(pdev->name, drv->name) == 0);

}

其中又调用了of_driver_match_device(dev, drv) ，其定义如下：

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static inline int of_driver_match_device(struct device *dev,

const struct device_driver *drv)

{

return of_match_device(drv->of_match_table, dev) != NULL;

}

其调用of_match_device(drv->of_match_table, dev) ，继续追踪下去，注意这里的参数drv->of_match_table

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const struct of_device_id *of_match_device(const struct of_device_id *matches,

const struct device *dev)

{

if ((!matches) || (!dev->of_node))

return NULL;

return of_match_node(matches, dev->of_node);

}

EXPORT_SYMBOL(of_match_device);

又调用 of_match_node(matches, dev->of_node) ，其中matches 是struct of_device_id 类型的

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/**

* of_match_node - Tell if an device_node has a matching of_match structure

* @matches: array of of device match structures to search in

* @node: the of device structure to match against

*

* Low level utility function used by device matching.

*/

const struct of_device_id *of_match_node(const struct of_device_id *matches,

const struct device_node *node)

{

const struct of_device_id *match;

unsigned long flags;

raw_spin_lock_irqsave(&devtree_lock, flags);

match = __of_match_node(matches, node);

raw_spin_unlock_irqrestore(&devtree_lock, flags);

return match;

}

EXPORT_SYMBOL(of_match_node);

找到 match = __of_match_node(matches, node); 注意着里的node是struct device_node 类型的

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const struct of_device_id *__of_match_node(const struct of_device_id *matches,

const struct device_node *node)

{

const struct of_device_id *best_match = NULL;

int score, best_score = 0;

if (!matches)

return NULL;

for (; matches->name[0] || matches->type[0] || matches->compatible[0]; matches++) {

score = __of_device_is_compatible(node, matches->compatible,

matches->type, matches->name);

if (score > best_score) {

best_match = matches;

best_score = score;

}

}

return best_match;

}

继续追踪下去

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static int __of_device_is_compatible(const struct device_node *device,

const char *compat, const char *type, const char *name)

{

struct property *prop;

const char *cp;

int index = 0, score = 0;

/* Compatible match has highest priority */

if (compat && compat[0]) {

prop = __of_find_property(device, "compatible", NULL);

for (cp = of_prop_next_string(prop, NULL); cp;

cp = of_prop_next_string(prop, cp), index++) {

if (of_compat_cmp(cp, compat, strlen(compat)) == 0) {

score = INT_MAX/2 - (index << 2);

break;

}

}

if (!score)

return 0;

}

/* Matching type is better than matching name */

if (type && type[0]) {

if (!device->type || of_node_cmp(type, device->type))

return 0;

score += 2;

}

/* Matching name is a bit better than not */

if (name && name[0]) {

if (!device->name || of_node_cmp(name, device->name))

return 0;

score++;

}

return score;

}

看这句 prop = __of_find_property(device, "compatible", NULL);

可以发先追溯到底，是利用"compatible"来匹配的，即设备树加载之后，内核会自动把设备树节点转换成 platform_device这种格式，同时把名字放到of_node这个地方。

platform_driver 部分
可以看到原来是利用platform_driver 下的 struct driver 结构体中的 name 成员来匹配的，看一下 struct driver 结构体的定义：

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struct device_driver {

const char *name;

struct bus_type *bus;

struct module *owner;

const char *mod_name; /* used for built-in modules */

bool suppress_bind_attrs; /* disables bind/unbind via sysfs */

const struct of_device_id *of_match_table;

const struct acpi_device_id *acpi_match_table;

int (*probe) (struct device *dev);

int (*remove) (struct device *dev);

void (*shutdown) (struct device *dev);

int (*suspend) (struct device *dev, pm_message_t state);

int (*resume) (struct device *dev);

const struct attribute_group **groups;

const struct dev_pm_ops *pm;

struct driver_private *p;

}

成员中有const struct of_device_id*of_match_table; 是struct of_device_id 类型，定义如下：

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/*

* Struct used for matching a device

*/

struct of_device_id

{

char name[32];

char type[32];

char compatible[128];

const void *data;

};

可以看到其作用就是为了匹配一个设备。我们所要做的就是对 char compatible[128] 的填充；设备树加载之后，内核会自动把设备树节点转换成 platform_device这种格式，同时把名字放到of_node这个地方。

3、基于设备树的driver的结构体的填充

匹配的方式发生了改变，那我们的platform_driver 也要修改了

基于设备树的driver的结构体的填充：

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static struct of_device_id beep_table[] = {

{.compatible = "fs4412,beep"},

};

static struct platform_driver beep_driver=

{

.probe = beep_probe,

.remove = beep_remove,

.driver={

.name = "bigbang",

.of_match_table = beep_table,

},

};

原来的driver是这样的，可以对比一下

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static struct platform_driver beep_driver=

{

.driver.name = "bigbang",

.probe = beep_probe,

.remove = beep_remove,

};

4、设备树编译

我们在 arch/arm/boot/dts/exynos4412-fs4412.dts 中添加

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fs4412-beep{

compatible = "fs4412,beep";

reg = <0x114000a0 0x4 0x139D0000 0x14>;

};

就可以编译设备树了

make dtbs 在内核根目录 vim arch/arm/boot/dts/exynos4412-fs4412.dts sudo cp arch/arm/boot/dts/exynos4412-fs4412.dtb /tftpboot/

然后，将设备树下载到0x42000000处，并加载驱动 insmod driver.ko, 测试下驱动。