[RK3399][Android7.1]图解Kernel Device Tree(设备树)的使用

平台	内核版本	安卓版本
RK3399	Linux4.4	Android7.1

本质上，Device Tree改变了原来用hardcode方式将HW 配置信息嵌入到内核代码的方法，改用bootloader传递一个DB的形式。对于基于ARM CPU的嵌入式系统，我们习惯于针对每一个platform进行内核的编译。但是随着ARM在消费类电子上的广泛应用（甚至桌面系统、服务器系统），我们期望ARM能够象X86那样用一个kernel image来支持多个platform。在这种情况下，如果我们认为kernel是一个black box，那么其输入参数应该包括：

1. 识别platform的信息
2. runtime的配置参数
3. 设备的拓扑结构以及特性

对于嵌入式系统，在系统启动阶段，bootloader会加载内核并将控制权转交给内核，此外，还需要把上述的三个参数信息传递给kernel如上图，以便kernel可以有较大的灵活性。在linux kernel中，Device Tree的设计目标就是如此。

1、device Tree包含的硬件信息有哪些？（海纳百川？）

Device Tree是否可以描述所有的硬件信息？
答案是不行的，因为基本上，那些可以动态探测到的设备是不需要描述的，例如USB device。不过对于SOC上的usb host controller，它是无法动态识别的，需要在device tree中描述。同样的道理，在computer system中，PCI device可以被动态探测到，不需要在device tree中描述，但是PCI bridge如果不能被探测，那么就需要描述之。 需要描述的内容一般包括:

• CPUs
• Memory
• Buses
• Peripheral connections
• Interrupt Controllers
• GPIO controllers
• Clock controllers

2、Device Tree示例 (线头)

为了了解Device Tree的结构，我们首先给出一个Device Tree的示例：
最重要的属性 compatible, reg, clocks,interrupts, and status。

下面我们一起对其解析：

3、Device Tree语法解析（药引子）

其实DeviceTree的结构非常简单，由两种元素组成：Node(节点)、Property(属性)。
从上图中可以看出，device tree的基本单元是node。系统中的每个设备用一个node来描述，这些node被组织成树状结构，除了root node，每个node都只有一个parent。一个device tree文件中只能有一个root node。每个node中包含了若干的property/value来描述该node的一些特性。每个node用节点名字（node name）标识，节点名字的格式是:

• node-name说明了何种设备，必须使用字符开头
• unit-address访问此设备的主地址，必须唯一，必须和此节点的reg属性的开始地址一致

	[label:] node-name[@unit-address] {
    
    
		[properties definitions]
		[child nodes]
	}

“[]”表示option，因此可以定义一个只有node name的空节点。label方便在dts文件中引用。child node的格式和node是完全一样的，因此，一个dts文件中就是若干嵌套组成的node，property以及child note、child note property描述。

注意：

如果该node没有reg属性，那么该节点名字中必须不能包括@和unit-address，例如上图spi0总线下的device child node。unit-address的具体格式是和设备挂在那个bus上相关。例如对于cpu，其unit-address就是从0开始编址，以此加一。而具体的设备，例如以太网控制器，其unit-address就是寄存器地址。root node的node name是确定的，必须是“/”。

4、特殊节点的介绍

4.1、根节点root node

只能有一个root node,它用来描述从CPU端看到的地址空间，至少需要用cpu和memory节点组成，如下:

/ {
    
    
	compatible = "rockchip,rk3399";

	interrupt-parent = <&gic>;
	#address-cells = <2>;
	#size-cells = <2>;
	cpus {
    
    
		......
	}

4.2、别名节点

aliases 节点定义了一些别名。为何要定义这个node呢？因为Device tree是树状结构，当要引用一个node的时候要指明相对于root node的full path，例如/node1/child-node1。如果多次引用，每次都要写这么复杂的字符串多少是有些麻烦，因此可以在aliases节点定义一些设备节点full path的缩写。

4.3、CPU节点

对于根节点，必须有一个cpus的child node来描述系统中的CPU信息。

	cpus {
    
    
		#address-cells = <2>;
		#size-cells = <0>;

		cpu_l0: cpu@0 {
    
    
			device_type = "cpu";
			compatible = "arm,cortex-a53", "arm,armv8";
			reg = <0x0 0x0>;
			enable-method = "psci";
			#cooling-cells = <2>; /* min followed by max */
			clocks = <&cru ARMCLKL>;
			dynamic-power-coefficient = <100>;
		};

4.4、Memory节点

memory device node是所有设备树文件的必备节点，它定义了系统物理内存的layout。device_type属性定义了该node的设备类型，例如cpu、serial等。对于memory node，其device_type必须等于memory。reg属性定义了访问该device node的地址信息，该属性的值被解析成任意长度的（address，size）数组，具体用多长的数据来表示address和size是在其parent node中定义（#address-cells和#size-cells）。对于device node，reg描述了memory-mapped IO register的offset和length。对于memory node，定义了该memory的起始地址和长度。

4.5、可选节点

chosen node主要用来描述由系统firmware指定的runtime parameter。如果存在chosen这个node，其parent node必须是名字是“/”的根节点。原来通过tag list传递的一些linux kernel的运行时参数可以通过Device Tree传递。例如command line可以通过bootargs这个property这个属性传递；initrd的开始地址也可以通过linux,initrd-start这个property这个属性传递。在实际中，建议增加一个bootargs的属性，例如：

chosen {
    
            bootargs = "console=ttymxc0,115200";    }; 

我们知道，device tree用于HW platform识别，runtime parameter传递以及硬件设备描述。chosen节点并没有描述任何硬件设备节点的信息，它只是传递了runtime parameter。

5、属性

5.1、Compatible属性和model属性

• “compatible”属性通常用来device和driver的适配，推荐的格式为”manufacturer,model”
• “model”属性只是简单的表示型号，root节点用其来传递值给machine_desc_str

5.2、属性标签

5.3、寻址属性

如果一个device node中包含了有寻址需求（要定义reg property）的sub node（后文也许会用child node，和sub node是一样的意思），那么就必须要定义这两个属性。

• #address-cells
  defines the number of cells used to encode the address field in a child node’s reg property
• #size-cells
  property defines the number of cells used to encode the size field in a child node’s reg property.

其中“#”是number的意思，#address-cells这个属性是用来描述sub node中的reg属性的地址域特性的，也就是说需要用多少个u32的cell来描述该地址域。

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

在 spi 节点中，#address-cells 设置为 1，#size-cells 设置为 0。

5.4、中断

属性	含义
interrupt-controller	a property of the interrupt controller node. It states how many cells are in an interrupt specifier for this interrupt controller (Similar to #address-cells and #size-cells).
#interrupt-cells	a property of the interrupt controller node. It states how many cells are in an interrupt specifier for this interrupt controller (Similar to #address-cells and #size-cells).
interrupt-parent	A property of a device node containing a list of interrupt specifiers, one for each interrupt output signal on the device.
interrupts	A property of a device node containing a list of interrupt specifiers, one for each interrupt output signal on the device.

具体各个HW block的interrupt source是如何物理的连接到interruptcontroller的呢？在dts文件中是用interrupt-parent这个属性来标识的。且慢，这里定义interrupt-parent属性的是root node，难道root node会产生中断到interrupt controller吗？当然不会，只不过如果一个能够产生中断的device node没有定义interrupt-parent的话，其interrupt-parent属性就是跟随parent node。因此，与其在所有的下游设备中定义interrupt-parent，不如统一在root node中定义了。
intc是一个lable，标识了一个device node（在本例中是标识了intc: interrupt-controller@00a01000这个device node）。实际上，interrupt-parent属性值应该是是一个u32的整数值（这个整数值在Device Tree的范围内唯一识别了一个device node，也就是phandle），不过，在dts文件中中，可以使用类似c语言的Labels and References机制。定义一个lable，唯一标识一个node或者property，后续可以使用&来引用这个lable。DTC会将lable转换成u32的整数值放入到DTB中，用户层面就不再关心具体转换的整数值了。
关于interrupt，我们值得进一步描述。在Device Tree中，有一个概念叫做interrupt tree，也就是说interrupt也是一个树状结构。我们以下图为例（该图来自Power_ePAPR_APPROVED_v1.1）：

5.5、节点状态

可以使用okay和disabled来打开和注掉某一个驱动的设备注册。