Linux内核对设备树的处理(上)
0. Linux内核的启动流程简介
Linux的启动过程可以分为两部分: 架构/开发板相关的引导过程和后续的通用启动过程. 而我们Linux内核对设备树的处理, 就是处在架构/开发板相关的引导过程.
Linux uses DT data for three major purposes: Linux使用设备树数据完成下面的三个任务
- platform identification, 平台识别
- runtime configuration, 运行时配置信息
- device population. 设备信息
1. arch/arm/kernel/head.S 和 arch/arm/kernel/head-common.S 对dtb的简单处理
bootloader启动内核时, 会设置r0,r1,r2三个寄存器, 在三个寄存器将被kernel使用, 用来找到Linux需要的硬件信息.
| 寄存器 | 取值 | 意义 |
|---|---|---|
| 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) | 用于确认Linux在什么硬件平台上运行. 每一套硬件在代码中都维护了一个machine_desc结构体(如果没有那么kernel将不会运行下去), r1的machine id将与所有平台的machine_desc->nr进行比较, 匹配成功kernel将获得硬件平台的machine_desc结构体, 用于初始化硬件.(设备树有另外一套办法: 使用compatible属性) |
| r2 | 一般设置ATAGS或DTB的开始地址 | 在ATAGS中, 用于给内核传参; 在设备树中, r2保存DTB文件的开始地址. (bootloader给内核传递的参数时有2种方法: ATAGS 或 DTB) |
针对于上面的r1和r2, head.S和head-common.S:
(__lookup_processor_type : 使用汇编指令读取CPU ID)
(__vet_atags : 判断是否存在可用的ATAGS或DTB, 然后进行下面的操作)
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
针对于设备树, head.S和head-common.S只是将设备树的开始地址赋值给了__atags_pointer变量.
2. 设备树中平台信息的处理(选择machine_desc)
/ {
model = "samsung smdk24xx model";
compatible = "samsung,smdk2440", "samsung,smdk2410", "samsung,smdk24xx";
}
| 字段 | 含义 |
|---|---|
| model | 用来描述产品型号的, 类型为字符串. 从软件的层面讲model属性仅仅表示一个名字而已, 没有更多的作用. |
| compatible | 该属性决定软件如何匹配硬件并对硬件进行初始化, 即compatible属性充当着上面r2的machine id的作用. 匹配machine_desc用于初始化硬件. |
static const char *const smdk2440_dt_compat[] __initconst = {
"samsung,smdk2440",
NULL
};
MACHINE_START(S3C2440, "SMDK2440")
/* Maintainer: Ben Dooks <[email protected]> */
.atag_offset = 0x100,
.dt_compat = smdk2440_dt_compat,
.init_irq = s3c2440_init_irq,
.map_io = smdk2440_map_io,
.init_machine = smdk2440_machine_init,
.init_time = smdk2440_init_time,
MACHINE_END
compatible如何匹配machine_desc呢?
在设备树文件中, 根目录的compatible属性代表着该设备树将匹配怎么样的machine_desc;
而Linux内核中将使用dt_compat属性, 表示kernel将支持哪些单板. (mach-xxx.c, machine_desc的存放位置, 其中有dt_compat成员)
函数调用过程:
/**
* init/main.c
*/
start_kernel
/**
* arch/arm/kernel/setup.c
*/
setup_arch(&command_line);
/**
* arch/arm/kernel/devtree.c
*
* @param __atags_pointer: physical address of dt blob
* If a dtb was passed to the kernel in r2, then use it to choose the
* correct machine_desc and to setup the system.
*/
mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer);
/**
* drivers/of/ftd.c
*
* 1. check device tree validity
* 2. Setup flat device-tree pointer
* initial_boot_params = params;
*/
early_init_dt_verify(phys_to_virt(dt_phys)
/**
* drivers/of/ftd.c
*
* @param default_match: A machine specific ptr to return in case of no match.
在不匹配的情况下返回的计算机特定PTR
* @param get_next_compat: callback function to return next compatible match table.
回调函数, 用来返回下一个兼容匹配表(遍历链表)
*
* Iterate through machine match tables to find the best match for the machine compatible string in the FDT.
遍历机器匹配表以查找FDT中与机器兼容的字符串的最佳匹配(即找到最匹配的machine_desc)
*/
mdesc = of_flat_dt_match_machine(mdesc_best, arch_get_next_mach); //
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;
}
}
/**
* 最终得到我们想要的machine_desc, 也是最匹配的machine_desc
*/
machine_desc = mdesc;
2. 设备树运行时配置信息的处理
设备树运行时配置信息的处理, 指的是设备树被完全解析前, 需要让内核知道的一些关键信息, 如
- 取出/chosen节点中bootargs属性的值, 存入全局变量(boot_command_line);
- 确定根节点的这2个属性的值: #address-cells, #size-cells, 并分别存入全局变量dt_root_addr_cells和dt_root_size_cells中;
- 解析/memory中的reg属性, 提取出"base, size", 最终调用memblock_add(base, size);
函数调用过程:
/**
* init/main.c
*/
start_kernel
/**
* arch/arm/kernel/setup.c
*/
setup_arch(&command_line);
/**
* arch/arm/kernel/devtree.c
*
* @param __atags_pointer: physical address of dt blob
* If a dtb was passed to the kernel in r2, then use it to choose the
* correct machine_desc and to setup the system.
*/
mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer);
/**
* drivers/of/fdt.c
*/
early_init_dt_scan_nodes();
/**
* Retrieve various information from the /chosen node
取出/chosen节点中bootargs属性的值, 存入全局变量(boot_command_line)
*/
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_chosen, boot_command_line);
/**
* Initialize {size,address}-cells info
确定根节点的这2个属性的值: #address-cells, #size-cells
分别存入全局变量dt_root_addr_cells和dt_root_size_cells
*/
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_root, NULL);
/**
* Setup memory, calling early_init_dt_add_memory_arch
解析/memory中的reg属性, 提取出"base, size", 最终调用memblock_add(base, size);
*/
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_memory, NULL);
3. dtb转换为device_node(unflatten)
设备树的dtb文件可以转化为内核中的device_node结构体, 怎么转化呢?
在.dtb文件中(dt_struct区域), 每一个节点都以TAG(FDT_BEGIN_NODE, 0x00000001)开始, 节点内部可以嵌套其他节点, 而且每一个属性都以TAG(FDT_PROP, 0x00000003)开始
struct 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; /* phandle属性值 */
const char *full_name; /* 节点的名字, node-name[@unit-address] */
struct fwnode_handle fwnode;
struct property *properties; /* 节点的属性 */
struct property *deadprops; /* removed properties */
struct device_node *parent; /* 父节点 */
struct device_node *child; /* 子节点 */
struct device_node *sibling; /* 姊妹节点，与自己同等级的node */
struct kobject kobj; /* sysfs文件系统目录体现 */
unsigned long _flags; /* 当前node状态标志位，见/include/linux/of.h line124-127 */
void *data;
#if defined(CONFIG_SPARC)
const char *path_component_name;
unsigned int unique_id;
struct of_irq_controller *irq_trans;
#endif
};
这些device_node构成一棵树, 根节点为: of_root
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
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
};
函数调用过程:
/**
* init/main.c
*/
start_kernel
/**
* arch/arm/kernel/setup.c
*/
setup_arch(&command_line);
/**
* arch/arm/mm/init.c
*/
arm_memblock_init(mdesc);
/**
* drivers/of/fdt.c
*
* reserve the memory used by the FDT blob.
把DTB所占区域保留下来, 即调用: memblock_reserve
*/
early_init_fdt_reserve_self();
/**
* drivers/of/fdt.c
*/
early_init_dt_reserve_memory_arch(__pa(initial_boot_params),
fdt_totalsize(initial_boot_params),
0);
/**
* drivers/of/fdt.c
*
* create reserved memory regions
创建保留的内存区(根据dtb中的memreserve信息, 调用memblock_reserve)
*/
early_init_fdt_scan_reserved_mem();
/**
* drivers/of/fdt.c
*
* create tree of device_nodes from flat blob
根据平面Blob创建DEVICE_NODES树(平面blob, 指的是设备树的dtb文件)
*/
unflatten_device_tree();
/**
* drivers/of/fdt.c
*
* create tree of device_nodes from flat blob
根据平面Blob创建DEVICE_NODES树(平面blob, 指的是设备树的dtb文件)
*/
__unflatten_device_tree(initial_boot_params, NULL, &of_root,
early_init_dt_alloc_memory_arch, false); // drivers/of/fdt.c
/* First pass, scan for size */
size = unflatten_dt_nodes(blob, NULL, dad, NULL);
/* Allocate memory for the expanded device tree */
mem = dt_alloc(size + 4, __alignof__(struct device_node));
/**
* drivers/of/fdt.c
*
* Alloc and populate a device_node from the flat tree
* Second pass, do actual unflattening
*/
unflatten_dt_nodes(blob, mem, dad, mynodes);
populate_node
np = unflatten_dt_alloc(mem, sizeof(struct device_node) + allocl, __alignof__(struct device_node));
np->full_name = fn = ((char *)np) + sizeof(*np);
populate_properties(blob, offset, mem, np, pathp, dryrun);
pp = unflatten_dt_alloc(mem, sizeof(struct property), __alignof__(struct property));
pp->name = (char *)pname;
pp->length = sz;
pp->value = (__be32 *)val;
博文内容学习自<韦东山设备树视频教程>
