Linux 驱动之设备树

分类于 ， ， 阅读次数： Waline： 本文字数： 762 阅读时长 ≈ 3 分钟

dtb 数据解析

内核启动阶段获得 dtb 位置指针

以 arm64 为例，内核启动如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
__HEAD
_head:

#ifdef CONFIG_EFI
	add	x13, x18, #0x16
	b	stext
#else
	b	stext				// branch to kernel start, magic
	.long	0				// reserved
#endif
...

在开启 UEFI 支持时，add x13, x18, #0x16 这个 code 实际上是为了满足 EFI 格式的”MZ”头。如果使用 UEFI 来启动 kernel, 会识别出来并走 UEFI 启动的流程，如果是普通的启动过程如使用 uboot 的 booti 进行引导，那么第一条指令就是一条 dummy 指令，第二条就跳转到 stext 运行了。

x0 寄存器保存的是 dtb 里 blob 块的物理地址，x0 寄存器内容由 uboot 设置，uboot 将 dtb 地址传递给内核，跳转到 stext，如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
ENTRY(stext)
	bl	preserve_boot_args
	bl	el2_setup			// Drop to EL1, w0=cpu_boot_mode
	adrp	x23, __PHYS_OFFSET
	and	x23, x23, MIN_KIMG_ALIGN - 1	// KASLR offset, defaults to 0
	bl	set_cpu_boot_mode_flag
	bl	__create_page_tables
	bl	__cpu_setup			// initialise processor
	b	__primary_switch
ENDPROC(stext)
...
preserve_boot_args:
	mov	x21, x0				// x21=FDT

	adr_l	x0, boot_args		// record the contents of
	stp	x21, x1, [x0]			// x0 .. x3 at kernel entry
	stp	x2, x3, [x0, #16]

	dmb	sy				// needed before dc ivac with
						// MMU off

	add	x1, x0, #0x20		// 4 x 8 bytes
	b	__inval_cache_range	// tail call
ENDPROC(preserve_boot_args)

arm64 linux 寄存器规定如下：

x0 = physical address of device tree blob (dtb) in system RAM.
x1 = 0 (reserved for future use)
x2 = 0 (reserved for future use)
x3 = 0 (reserved for future use)

将 dtb 的物理地址保存在 x21 寄存器中。 __inval_cache_range 这个函数用来 invalidate 指定区域的 cache。如果指定内存区域有跨越 cacheline, 那么对两边跨越了 cacheline 的地址使用的 clean + invalidate, 对于中间区域可以直接 invalidate 不用写回内存，从而加快 invalidate 速度。

调用__primary_switch 如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
__primary_switch:

	bl	__enable_mmu
#ifdef CONFIG_RELOCATABLE
	bl	__relocate_kernel
#ifdef CONFIG_RANDOMIZE_BASE
	ldr	x8, =__primary_switched
	adrp	x0, __PHYS_OFFSET
	blr	x8
...
	bl	__relocate_kernel
#endif
	ldr	x8, =__primary_switched
	adrp	x0, __PHYS_OFFSET
	br	x8
ENDPROC(__primary_switch)

调用__primary_switched 函数：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
__primary_switched:
	adrp	x4, init_thread_union
	add	sp, x4, #THREAD_SIZE
	msr	sp_el0, x4			// Save thread_info

	adr_l	x8, vectors			// load VBAR_EL1 with virtual
	msr	vbar_el1, x8			// vector table address
	isb

	stp	xzr, x30, [sp, #-16]!
	mov	x29, sp

	str_l	x21, __fdt_pointer, x5		// Save FDT pointer
...
	b	start_kernel
ENDPROC(__primary_switched)

通过 str_l x21, __fdt_pointer, x5 这句将 dtb 的地址保存在__fdt_pointer 指针里，以便后续内核可以找到 dtb 并解析设备树文件。

关于 linux 启动过程可以参考下图：原图

dtb 解析过程

start_kernel 阶段会处理 dtb 文件生成 device_node 结构体以及他们之间的组织关系。整体的调用逻辑如下：原图

下面以一个简单的设备树为例：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
/ {
    leds {
        act {
            gpios = <&gpio 42 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        };

        pwr {
            label = "PWR";
            gpios = <&expgpio 2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
            default-state = "keep";
            linux,default-trigger = "default-on";
        };
    };

    wifi_pwrseq: wifi-pwrseq {
        compatible = "mmc-pwrseq-simple";
        reset-gpios = <&expgpio 1 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    };

};

该设备树经过 populate_node() 解析处理后，结构体关系如下：

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
- /节点：
    - parent：NULL
    - sibling：NULL
    - child：wifi_pwrseq
- led 节点：
    - parent：/
    - sibling：NULL
    - child：pwr
- act 节点：
    - parent：led
    - sibling：NULL
    - child：NULL
- pwr 节点：
    - parent：led
    - sibling：act
    - child：NULL
- wifi_pwrseq 节点：
    - parent：/
    - sibling：led
    - child：NULL

device_node 与 device 绑定

kernel 会为设备树 root 节点下所有带'compatible' 属性的节点都分配并注册一个 platform_device；另外，如果某节点的'compatible' 符合某些 matches 条件，则会为该节点下所有带'compatible' 属性的子节点（child）也分配并注册一个 platform_device。 整体调用流程如下图所示：原图

至此，为所有设备树中所有符合条件的 node 都创建了 platform_device 结构体，node 下描述的资源也解析到了 platform_device 中，并通过 dev 成员将该 node 描述的设备加入了统一设备模型。

 补充：标签是标记节点的方法，可以用唯一的名称来标识节点，在 dt 编译器编译过程中，dt 编译器将该名称转换为唯一的 32 位值，之后可以使用标签引用节点，因为标签对于节点是唯一的。phandle 是与节点相关联的 32 位值，用于唯一标识该节点，以便可以从另一个节点属性引用该节点。为了在查找节点时不遍历整个树，引入别名的概念，在 dt 中，别名可以看作是节点的快速查找表，即一个节点的索引

参考文献

https://zhuanlan.zhihu.com/p/141623370
https://zhuanlan.zhihu.com/p/143092868
http://gngshn.github.io/
http://www.wowotech.net/sort/device_model
《Linux 设备驱动开发》