linux内核的设备匹配方法

一、设备匹配方法

1.1、未使用设备树的设备匹配方法

  在没有使用设备树以前， uboot 会向 Linux 内核传递一个叫做 machine id 的值， machine id也就是设备 ID，告诉 Linux 内核自己是个什么设备，看看 Linux 内核是否支持。 Linux 内核是支持很多设备的，针对每一个设备(板子)， Linux内核都用MACHINE_START和MACHINE_END来定义一个 machine_desc 结构体来描述这个设备，比如在文件 arch/arm/mach-imx/machmx35_3ds.c 中有如下定义：

MACHINE_START(MX35_3DS, "Freescale MX35PDK")
	/* Maintainer: Freescale Semiconductor, Inc */
	.atag_offset = 0x100,
	.map_io = mx35_map_io,
	.init_early = imx35_init_early,
	.init_irq = mx35_init_irq,
	.init_time	= mx35pdk_timer_init,
	.init_machine = mx35_3ds_init,
	.init_late	= mx35_3ds_late_init,
	.restart	= mxc_restart,
MACHINE_END

  上述代码就是定义了“ Freescale MX35PDK”这个设备，其中 MACHINE_START 和MACHINE_END 定义在文件 arch/arm/include/asm/mach/arch.h 中，内容如下：

/*
 * Set of macros to define architecture features.  This is built into
 * a table by the linker.
 */
#define MACHINE_START(_type,_name)			\
static const struct machine_desc __mach_desc_##_type	\
 __used							\
 __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {
      
      	\
	.nr		= MACH_TYPE_##_type,		\
	.name		= _name,

#define MACHINE_END				\
};

  根据 MACHINE_START 和 MACHINE_END 的宏定义，将示例代码 展开后如下所示：

static const struct machine_desc __mach_desc_MX35_3DS \
	__used \
	__attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {
    
    
	.nr = MACH_TYPE_MX35_3DS,
	.name = "Freescale MX35PDK",
	/* Maintainer: Freescale Semiconductor, Inc */
	.atag_offset = 0x100,
	.map_io = mx35_map_io,
	.init_early = imx35_init_early,
	.init_irq = mx35_init_irq,
	.init_time	= mx35pdk_timer_init,
	.init_machine = mx35_3ds_init,
	.init_late	= mx35_3ds_late_init,
	.restart	= mxc_restart,

  从示例代码 中可以看出，这里定义了一个 machine_desc 类型的结构体变量__mach_desc_MX35_3DS ， 这 个 变 量 存 储 在 “ .arch.info.init ” 段 中 。 第 4 行 的MACH_TYPE_MX35_3DS 就 是 “ Freescale MX35PDK ” 这 个 板 子 的 machine id 。MACH_TYPE_MX35_3DS 定义在文件 include/generated/mach-types.h 中，此文件定义了大量的machine id，内容如下所示：

#define MACH_TYPE_OMAP_LDP             1639
#define MACH_TYPE_MX35_3DS             1645
#define MACH_TYPE_NEUROS_OSD2          1647

   MACH_TYPE_MX35_3DS 的值，为 1645。 uboot 会给 Linux 内核传递 machine id 这个参数， Linux 内核会检查这个 machine id，其实就是将 machine id 与这些 MACH_TYPE_XXX 宏进行对比，看看有没有相等的，如果相等的话就表示 Linux 内核支持这个设备，如果不支持的话那么这个设备就没法启动 Linux 内核。

1.2、使用设备树的设备匹配方法

  当 Linux 内 核 引 入 设 备 树 以 后 就 不 再 使 用 MACHINE_START 了 ， 而 是 换 为 了DT_MACHINE_START。 DT_MACHINE_START 也定义在文件 arch/arm/include/asm/mach/arch.h里面，定义如下：

#define DT_MACHINE_START(_name, _namestr)		\
static const struct machine_desc __mach_desc_##_name	\
 __used							\
 __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {
      
      	\
	.nr		= ~0,				\
	.name		= _namestr,

#endif

  可以看出， DT_MACHINE_START 和 MACHINE_START 基本相同，只是.nr 的设置不同，在 DT_MACHINE_START 里面直接将.nr 设置为~0。说明引入设备树以后不会再根据 machine id 来检查 Linux 内核是否支持某个设备了。打开文件 arch/arm/mach-imx/mach-imx6ul.c，有如下所示内容：

static const char * const imx6ul_dt_compat[] __initconst = {
    
    
	"fsl,imx6ul",
	"fsl,imx6ull",
	NULL,
};

DT_MACHINE_START(IMX6UL, "Freescale i.MX6 Ultralite (Device Tree)")
	.init_irq	= imx6ul_init_irq,
	.init_machine	= imx6ul_init_machine,
	.init_late	= imx6ul_init_late,
	.dt_compat	= imx6ul_dt_compat,
MACHINE_END

  machine_desc 结构体中有个.dt_compat 成员变量，此成员变量保存着本设备兼容属性，代码 中设置.dt_compat = imx6ul_dt_compat，imx6ul_dt_compat 表里面有"fsl,imx6ul"和"fsl,imx6ull"这两个兼容值。只要某个设备(板子)根节点“ /”的 compatible 属性值与imx6ul_dt_compat 表中的任何一个值相等，那么就表示 Linux 内核支持此设备。
   Linux 内核是根据设备树根节点的 compatible 属性来匹配出对应的 machine_desc的流程为， Linux 内核调用 start_kernel 函数来启动内核， start_kernel 函数会调用setup_arch 函数来匹配 machine_desc， setup_arch 函数定义在文件 arch/arm/kernel/setup.c 中，函数内容如下：

void __init setup_arch(char **cmdline_p)
{
    
    
	const struct machine_desc *mdesc;

	setup_processor();
	mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer);
	if (!mdesc)
		mdesc = setup_machine_tags(__atags_pointer, __machine_arch_type);
	if (!mdesc) {
    
    
		early_print("\nError: invalid dtb and unrecognized/unsupported machine ID\n");
		early_print("  r1=0x%08x, r2=0x%08x\n", __machine_arch_type,
			    __atags_pointer);
		if (__atags_pointer)
			early_print("  r2[]=%*ph\n", 16,
				    phys_to_virt(__atags_pointer));
		dump_machine_table();
	}

	machine_desc = mdesc;
	machine_name = mdesc->name;
	dump_stack_set_arch_desc("%s", mdesc->name);

	if (mdesc->reboot_mode != REBOOT_HARD)
		reboot_mode = mdesc->reboot_mode;

	init_mm.start_code = (unsigned long) _text;
	init_mm.end_code   = (unsigned long) _etext;
	init_mm.end_data   = (unsigned long) _edata;
	init_mm.brk	   = (unsigned long) _end;

	/* populate cmd_line too for later use, preserving boot_command_line */
	strlcpy(cmd_line, boot_command_line, COMMAND_LINE_SIZE);
	*cmdline_p = cmd_line;

	early_fixmap_init();
	early_ioremap_init();

	parse_early_param();

#ifdef CONFIG_MMU
	early_mm_init(mdesc);
#endif
	setup_dma_zone(mdesc);
	xen_early_init();
	efi_init();
	/*
	 * Make sure the calculation for lowmem/highmem is set appropriately
	 * before reserving/allocating any mmeory
	 */
	adjust_lowmem_bounds();
	arm_memblock_init(mdesc);
	/* Memory may have been removed so recalculate the bounds. */
	adjust_lowmem_bounds();

	early_ioremap_reset();

	paging_init(mdesc);
	request_standard_resources(mdesc);

	if (mdesc->restart)
		arm_pm_restart = mdesc->restart;

	unflatten_device_tree();

	arm_dt_init_cpu_maps();
	psci_dt_init();
#ifdef CONFIG_SMP
	if (is_smp()) {
    
    
		if (!mdesc->smp_init || !mdesc->smp_init()) {
    
    
			if (psci_smp_available())
				smp_set_ops(&psci_smp_ops);
			else if (mdesc->smp)
				smp_set_ops(mdesc->smp);
		}
		smp_init_cpus();
		smp_build_mpidr_hash();
	}
#endif

	if (!is_smp())
		hyp_mode_check();

	reserve_crashkernel();

#ifdef CONFIG_GENERIC_IRQ_MULTI_HANDLER
	handle_arch_irq = mdesc->handle_irq;
#endif

#ifdef CONFIG_VT
#if defined(CONFIG_VGA_CONSOLE)
	conswitchp = &vga_con;
#elif defined(CONFIG_DUMMY_CONSOLE)
	conswitchp = &dummy_con;
#endif
#endif

	if (mdesc->init_early)
		mdesc->init_early();
}

  第 6行，调用 setup_machine_fdt 函数来获取匹配的 machine_desc，参数就是 atags 的首地址，也就是 uboot 传递给 Linux 内核的 dtb 文件首地址， setup_machine_fdt 函数的返回值就是找到的最匹配的 machine_desc。
  函数 setup_machine_fdt 定义在文件 arch/arm/kernel/devtree.c 中，内容如下：

/**
 * setup_machine_fdt - Machine setup when an dtb was passed to the kernel
 * @dt_phys: 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.
 */
const struct machine_desc * __init setup_machine_fdt(unsigned int dt_phys)
{
    
    
	const struct machine_desc *mdesc, *mdesc_best = NULL;

#if defined(CONFIG_ARCH_MULTIPLATFORM) || defined(CONFIG_ARM_SINGLE_ARMV7M)
	DT_MACHINE_START(GENERIC_DT, "Generic DT based system")
		.l2c_aux_val = 0x0,
		.l2c_aux_mask = ~0x0,
	MACHINE_END

	mdesc_best = &__mach_desc_GENERIC_DT;
#endif

	if (!dt_phys || !early_init_dt_verify(phys_to_virt(dt_phys)))
		return NULL;

	mdesc = of_flat_dt_match_machine(mdesc_best, arch_get_next_mach);

	if (!mdesc) {
    
    
		const char *prop;
		int size;
		unsigned long dt_root;

		early_print("\nError: unrecognized/unsupported "
			    "device tree compatible list:\n[ ");

		dt_root = of_get_flat_dt_root();
		prop = of_get_flat_dt_prop(dt_root, "compatible", &size);
		while (size > 0) {
    
    
			early_print("'%s' ", prop);
			size -= strlen(prop) + 1;
			prop += strlen(prop) + 1;
		}
		early_print("]\n\n");

		dump_machine_table(); /* does not return */
	}

	/* We really don't want to do this, but sometimes firmware provides buggy data */
	if (mdesc->dt_fixup)
		mdesc->dt_fixup();

	early_init_dt_scan_nodes();

	/* Change machine number to match the mdesc we're using */
	__machine_arch_type = mdesc->nr;

	return mdesc;
}

  第 23 行，调用函数 of_flat_dt_match_machine 来获取匹配的 machine_desc，参数 mdesc_best是 默 认 的 machine_desc ， 参 数arch_get_next_mach 是 个 函 数 ， 此 函 数 定 义 在 定 义 在arch/arm/kernel/devtree.c 文件中。找到匹配的 machine_desc 的过程就是用设备树根节点的compatible 属性值和 Linux 内核中 machine_desc下.dt_compat 的值比较，如果相等的话就表示找到匹配的machine_desc， arch_get_next_mach 函数的工作就是获取 Linux 内核中下一个 machine_desc 结构体。
  of_flat_dt_match_machine 函数，此函数定义在文件 drivers/of/fdt.c 中，内容如下：

/**
 * of_flat_dt_match_machine - Iterate match tables to find matching machine.
 *
 * @default_match: A machine specific ptr to return in case of no match.
 * @get_next_compat: callback function to return next compatible match table.
 *
 * Iterate through machine match tables to find the best match for the machine
 * compatible string in the FDT.
 */
const void * __init of_flat_dt_match_machine(const void *default_match,
		const void * (*get_next_compat)(const char * const**))
{
    
    
	const void *data = NULL;
	const void *best_data = default_match;
	const char *const *compat;
	unsigned long dt_root;
	unsigned int best_score = ~1, score = 0;

	dt_root = of_get_flat_dt_root();
	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;
		}
	}
	if (!best_data) {
    
    
		const char *prop;
		int size;

		pr_err("\n unrecognized device tree list:\n[ ");

		prop = of_get_flat_dt_prop(dt_root, "compatible", &size);
		if (prop) {
    
    
			while (size > 0) {
    
    
				printk("'%s' ", prop);
				size -= strlen(prop) + 1;
				prop += strlen(prop) + 1;
			}
		}
		printk("]\n\n");
		return NULL;
	}

	pr_info("Machine model: %s\n", of_flat_dt_get_machine_name());

	return best_data;
}

  第 19 行，通过函数 of_get_flat_dt_root 获取设备树根节点。
  第 20~25 行，此循环就是查找匹配的 machine_desc 过程，第 21 行的 of_flat_dt_match 函数会将根节点 compatible 属性的值和每个 machine_desc 结构体中. dt_compat 的值进行比较，直至找到匹配的那个 machine_desc。
  总结一下， Linux 内核通过根节点 compatible 属性找到对应的设备的函数调用过程。