概念：
- FDT：Flattened Device Tree (扁平设备树)是一种数据结构，用来描述设备的硬件配置信息，它源自开放固件使用的设备树格式。
- DTS：Device tree source(设备树源)是一个文本文件，以人类可读的形式描述了计算机系统的硬件资源
- DTB：Device tree blob 它是由DTS文本文件编译生成的二进制文件
设备树的引入是为了解决linux kernel越来越臃肿的问题
设备树特点：
在设备树dts文件指定硬件资源，dts被编译为dtb文件, 在启动单板时，U-boot会将dtb文件传给内核，使得驱动程序与硬件分离，我们只需要修改dts文件，便能实现需求。这就是设备树易于扩展，硬件有变动时不需要重新编译内核或驱动程序，只需要提供不一样的dtb文件。
而对于传统字符驱动的编写有两种方式：
- 一是在驱动程序中，直接写死硬件资源，如：GPIO、寄存器地址、中断号等，使得硬件改动时，必须修改驱动程序。
- 二是采用总线驱动platform模型，将硬件资源与驱动软件分离，在platform_device中描述硬件资源，arch/arm/mach-xxx对应的文件，便是以platform_device描述各自CPU对应的硬件资源；在platform_driver中分配/设置/注册 file_operations结构体, 并从platform_device获得硬件资源。这种编写方式使得驱动易于扩展，硬件改动时只需修改platform_device或者platform_driver，这就导致linux内核产生大量的冗余代码。
要将FDT信息传递给kernel有两种方式：FDT兼容TAG模式和FDT取代TAG模式
(一)FDT兼容TAG
(1)内核配置
使能CONFIG_ARM_APPENDED_DTB功能，该功能是将DTB文件拼接到uImage的后面
-
500
#
-
501
# Boot options
-
502
#
-
503 CONFIG_USE_OF=y
-
504 CONFIG_ATAGS=y
-
505
# CONFIG_DEPRECATED_PARAM_STRUCT is not set
-
506
# CONFIG_BUILD_ARM_APPENDED_DTB_IMAGE is not set
-
507 CONFIG_ZBOOT_ROM_TEXT=0
-
508 CONFIG_ZBOOT_ROM_BSS=0
-
509 CONFIG_ARM_APPENDED_DTB=y
-
510 CONFIG_ARM_ATAG_DTB_COMPAT=y
-
511 CONFIG_ARM_ATAG_DTB_COMPAT_CMDLINE_FROM_BOOTLOADER=y
-
512
# CONFIG_ARM_ATAG_DTB_COMPAT_CMDLINE_EXTEND is not set
-
513 CONFIG_CMDLINE=
""
-
514
# CONFIG_KEXEC is not set
-
515
# CONFIG_CRASH_DUMP is not set
-
516 CONFIG_AUTO_ZRELADDR=y
(2)构建zImage-dtb
-
#arch/arm/boot/Makefile
-
68 $(obj)/zImage-dtb: $(obj)/zImage $(DTB_OBJS) FORCE
-
69 $(call if_changed,cat)
-
70 @
echo
' Kernel: $@ is ready'
实际执行的命令是：
-
cmd_arch/arm/boot/zImage-dtb := (cat arch/arm/boot/zImage arch/arm/boot/dts/hi3520dv400-demb.dtb > arch/arm/boot/zImage-dtb) ||
-
(rm -f arch/arm/boot/zImage-dtb;
false)
将arch/arm/boot/dts/hi3520dv400-demb.dtb拼接到arch/arm/boot/zImage的后面生成arch/arm/boot/zImage-dtb文件。
(3)参数转换
在内核自解压阶段，自解压程序会去判断是否有设备的存在(通过设备树魔术判断)，然后在再读取设备树大小等信息。然后将设备树指针保存到r2寄存器中去。
-
#linux/arch/arm/boot/compressed/head.S
-
/*设备树相关的操作*/
-
mov r5,
#0 @ init dtb size to 0
-
-
#ifdef CONFIG_ARM_APPENDED_DTB
-
/*
-
* r0 = delta
-
* r2 = BSS start
-
* r3 = BSS end
-
* r4 = final kernel address (possibly with LSB
set)
-
* r5 = appended dtb size (still unknown)
-
* r6 = _edata
-
* r7 = architecture ID
-
* r8 = atags/device tree pointer
-
* r9 = size of decompressed image
-
* r10 = end of this image, including bss/stack/malloc space
if non XIP
-
* r11 = GOT start
-
* r12 = GOT end
-
* sp = stack pointer
-
*
-
*
if there are device trees (dtb) appended to zImage, advance r10 so that the
-
* dtb data will get relocated along with the kernel
if necessary.
-
*/
-
-
ldr lr, [r6,
#0]
-
#ifndef __ARMEB__
-
ldr r1, =0xedfe0dd0 @ sig is 0xd00dfeed big endian
-
#else
-
ldr r1, =0xd00dfeed /**海思使用的是小端模式**/
-
#endif
-
cmp lr, r1 /* 通过魔术字来判断是否内核镜像后有 DTB */
-
bne dtb_check_done @ not found
-
-
#ifdef CONFIG_ARM_ATAG_DTB_COMPAT
-
/*
-
*如果确实在zImage上附加了DTB，并且确实有ATAG列表，
-
*我们希望将后者翻译成此处的前者。
-
*为了安全起见，让我们暂时将堆栈移到malloc区域。
-
*尚未发生GOT修正，但我们要调用的代码均未使用任何全局变量。
-
*/
-
-
add sp, sp,
#0x10000
-
stmfd sp!, {r0-r3, ip, lr}
-
mov r0, r8
-
mov r1, r6
-
sub r2, sp, r6
-
bl atags_to_fdt
-
-
/*
-
* If returned value is 1, there is no ATAG at the location
-
* pointed by r8. Try the typical 0x100 offset from start
-
* of RAM and hope
for the best.
-
*/
-
cmp r0,
#1
-
sub r0, r4,
#TEXT_OFFSET
-
bic r0, r0,
#1
-
add r0, r0,
#0x100
-
mov r1, r6
-
sub r2, sp, r6
-
bleq atags_to_fdt
-
-
ldmfd sp!, {r0-r3, ip, lr}
-
sub sp, sp,
#0x10000
-
#endif
-
-
/* r6 指向的是设备树的地址 也是 _edata
-
* 此时 r8 指向了设备树，
-
* 在下面跳转至解压后的内存执行时
-
* mov r2, r8 @ restore atags pointer
-
* 从而 r8 指向的设备树会直接传递进内核
-
*/
-
mov r8, r6 @ use the appended device tree
-
-
/*
-
* Make sure that the DTB doesn
't end up in the final
-
* kernel's .bss area. To
do so, we adjust the decompressed
-
* kernel size to compensate
if that .bss size is larger
-
* than the relocated code.
-
*/
-
-
/*
-
*调整解压后的kernel大小
-
*如果 _kernel_bss_size - (dtb/_edata - wont_overwrite) 大于0
-
*则 size of decompressed image 会增加上面的值
-
*从而使得下面 relocate 过程里， 目的地址在解压后内核的最后，
-
*再往后移 _kernel_bss_size - (dtb/_edata - wont_overwrite)
-
*从而使得 relocate 的代码与 kernel 的 bss有重合，但是 dtb 没有。
-
*
-
*如果 _kernel_bss_size - (dtb/_edata - wont_overwrite) 小于0，
-
*则 relocate 的代码段（dtb/_edata - wont_overwrite）全部覆盖 kernel bss段后，
-
*还会占用后面的一部分，而 dtb 还在这后面，肯定不会与 kernel bss 有重合了。
-
*
-
*在该代码段执行完后，relocate的代码段内存空间可以在内核启动后覆盖 即被 bss使用，
-
*但是 dtb 对应的空间则不要一直保留，不能被bss初始化为全0.
-
*/
-
ldr r5, =_kernel_bss_size
-
adr r1, wont_overwrite
-
sub r1, r6, r1
-
subs r1, r5, r1
-
addhi r9, r9, r1
-
-
/**dtb 开始4字节是魔术，接下来4字节是dtb文件大小**/
-
ldr r5, [r6,
#4]
-
#ifndef __ARMEB__ /**ARM 设备不会进入这里**/
-
/* convert r5 (dtb size) to little endian */
-
eor r1, r5, r5, ror
#16
-
bic r1, r1,
#0x00ff0000
-
mov r5, r5, ror
#8
-
eor r5, r5, r1, lsr
#8
-
#endif
-
/*dtb 大小设置8字节对齐*/
-
/* preserve 64-bit alignment */
-
add r5, r5,
#7
-
bic r5, r5,
#7
-
-
/* r6 = _edata
-
* r5 表示设备树的大小
-
* 使得 _edata 包含了 设备树的大小，
-
* 在下面 Relocate时，同时也会将设备树 Relocate
-
*/
-
-
/* relocate some pointers past the appended dtb */
-
add r6, r6, r5
-
add r10, r10, r5
-
-
/* 栈地址也扩大 */
-
add sp, sp, r5
-
dtb_check_done:
-
#endif /*end of CONFIG_ARM_APPENDED_DTB*/
这里需要注意一个atags_to_fdt 函数，该函数的功能是，当uboot有传递参数给kernel，同时uImage找那个也包含了设备树时，这个函数会将uboot的atags参数转换为fdt格式。
-
/*/arch/arm/kernel/atags_to_fdt.c*/
-
/*
-
* Convert and fold provided ATAGs into the provided FDT.
-
*
-
* REturn values:
-
* = 0 -> pretend success
-
* = 1 -> bad ATAG (may retry with another possible ATAG pointer)
-
* < 0 -> error from libfdt
-
*/
-
int atags_to_fdt(void *atag_list, void *fdt, int total_space)
-
{
-
struct tag *atag = atag_list;
-
/* In the case of 64 bits memory size, need to reserve 2 cells for
-
* address and size for each bank */
-
uint32_t mem_reg_property[
2 *
2 * NR_BANKS];
-
int memcount =
0;
-
int ret, memsize;
-
-
/* make sure we've got an aligned pointer */
-
if ((u32)atag_list &
0x3)
-
return
1;
-
-
/* if we get a DTB here we're done already */
-
if (*(u32 *)atag_list == fdt32_to_cpu(FDT_MAGIC))
-
return
0;
-
-
/* validate the ATAG */
-
if (atag->hdr.tag != ATAG_CORE ||
-
(atag->hdr.size != tag_size(tag_core) &&
-
atag->hdr.size !=
2))
-
return
1;
-
-
/* let's give it all the room it could need */
-
ret = fdt_open_into(fdt, fdt, total_space);
-
if (ret <
0)
-
return ret;
-
-
for_each_tag(atag, atag_list) {
-
if (atag->hdr.tag == ATAG_CMDLINE) {
-
/* Append the ATAGS command line to the device tree
-
* command line.
-
* NB: This means that if the same parameter is set in
-
* the device tree and in the tags, the one from the
-
* tags will be chosen.
-
*/
-
if (do_extend_cmdline)
-
merge_fdt_bootargs(fdt,
-
atag->u.cmdline.cmdline);
-
else
-
setprop_string(fdt,
"/chosen",
"bootargs",
-
atag->u.cmdline.cmdline);
-
}
else
if (atag->hdr.tag == ATAG_MEM) {
-
if (memcount >=
sizeof(mem_reg_property)/
4)
-
continue;
-
if (!atag->u.mem.size)
-
continue;
-
memsize = get_cell_size(fdt);
-
-
if (memsize ==
2) {
-
/* if memsize is 2, that means that
-
* each data needs 2 cells of 32 bits,
-
* so the data are 64 bits */
-
uint64_t *mem_reg_prop64 =
-
(
uint64_t *)mem_reg_property;
-
mem_reg_prop64[memcount++] =
-
cpu_to_fdt64(atag->u.mem.start);
-
mem_reg_prop64[memcount++] =
-
cpu_to_fdt64(atag->u.mem.size);
-
}
else {
-
mem_reg_property[memcount++] =
-
cpu_to_fdt32(atag->u.mem.start);
-
mem_reg_property[memcount++] =
-
cpu_to_fdt32(atag->u.mem.size);
-
}
-
-
}
else
if (atag->hdr.tag == ATAG_INITRD2) {
-
uint32_t initrd_start, initrd_size;
-
initrd_start = atag->u.initrd.start;
-
initrd_size = atag->u.initrd.size;
-
setprop_cell(fdt,
"/chosen",
"linux,initrd-start",
-
initrd_start);
-
setprop_cell(fdt,
"/chosen",
"linux,initrd-end",
-
initrd_start + initrd_size);
-
}
-
}
-
-
if (memcount) {
-
setprop(fdt,
"/memory",
"reg", mem_reg_property,
-
4 * memcount * memsize);
-
}
-
-
return fdt_pack(fdt);
-
}
(4)内核获取DTB文件地址：
1、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或DTB的开始地址
2、通过head.S head-common.S处理，获得dtb文件指针__atags_pointer
bl __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)
bl __vet_atags //判断是否存在可用的ATAGS或DTB
bl __create_page_tables //创建页表, 即创建虚拟地址和物理地址的映射关系
b __enable_mmu //使能MMU, 以后就要使用虚拟地址了
ldr r13, =__mmap_switched //上述函数里将会调用__mmap_switched
3、//r9 = processor ID
__mmap_switched:
//缓存 r1 r2
mov r7, r1
mov r8, r2__mmap_switched_data:
.long processor_id @ r0
.long __machine_arch_type @ r1
.long __atags_pointer @ r2adr r4, __mmap_switched_data //将存储变量的地址赋给r4
4、//将u-boot传递给内核的参数r0 r1 r2 分别赋给C变量 processor_id、__machine_arch_type、__atags_pointer
ldmia r4, {r0, r1, r2, r3}
str r9, [r0] @ Save processor ID
str r7, [r1] @ Save machine type
str r8, [r2] @ Save atags pointer
(5)内核解析dtb文件匹配单板
内核运行起来之后在
start_kernel ==> setup_arch(&command_line); ==>setup_arch==>
setup_processor();
mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer);
if (!mdesc)
mdesc = setup_machine_tags(__atags_pointer, __machine_arch_type);
之后就是设备树的一些应用
(二)FDT取代TAG
- 在海思设备上默认并不支持该功能，并且因为海思自己在uboot上做的修改比较大，需要同时修改uboot与kernel才能正常启动，如果以后有机会再进行分析。
- 它的基本原理应该是将bootargs中的参数放置到设备树中，在通过寄存器r2将设备树的地址传递给kernel,kernel起来之后通过该地址来解析设备信息。
参考内容：
设备树（三）—— linux内核对设备树的支持
https://blog.csdn.net/ggxyx123/article/details/85595173
linux系统之驱动与FDT
https://blog.csdn.net/eleven_xiy/article/details/72835181
Linux内核DTB文件启动的几种方式
https://www.cnblogs.com/iot-yun/p/11403498.html
转载：https://blog.csdn.net/li_wen01/article/details/103584891