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设备树与驱动的关系_设备树是怎么和驱动匹配的

设备树是怎么和驱动匹配的

首先引入两个问题:

  • 为什么要引入设备树,引入设备树有什么优点
  • 设备树如何与驱动匹配

1.设备树的引入

​ 在没有引入设备树之前,如(linux3.0.35),硬件的配置基本都放在板级文件中,内容很繁杂,修改起来也不方便,可移植性差如下图:
在这里插入图片描述
可以看到有2569行代码,引入设备树后:只有480行代码
在这里插入图片描述
设备树的引入可以方便我们对硬件的移植与修改

2.设备树的优点

a、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。

b、 使用设备树的优点在于,在设备树dts文件指定硬件资源,dts被编译为dtb文件, 在启动板子时,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。

3.设备树与驱动的联系

1、使用设备树之前设备匹配方法

​ 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-mx6/board-mx6q_c_sabresd.c中有如下定义

  1. /*
  2. * initialize __mach_desc_MX6Q_SABRESD data structure.
  3. */
  4. MACHINE_START(MX6Q_SABRESD, "Freescale i.MX 6Quad/DualLite/Solo Sabre-SD Board")
  5. /* Maintainer: Freescale Semiconductor, Inc. */
  6. .boot_params = MX6_PHYS_OFFSET + 0x100,
  7. .fixup = fixup_mxc_board,
  8. .map_io = mx6_map_io,
  9. .init_irq = mx6_init_irq,
  10. .init_machine = mx6_sabresd_board_init,
  11. .timer = &mx6_sabresd_timer,
  12. .reserve = mx6q_sabresd_reserve,
  13. MACHINE_END

​ 上述代码就是定义了“Freescale i.MX 6Quad/DualLite/Solo Sabre-SD Board”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:

  1. /*
  2. * Set of macros to define architecture features. This is built into
  3. * a table by the linker.
  4. */
  5. #define MACHINE_START(_type,_name) \
  6. static const struct machine_desc __mach_desc_##_type \
  7. __used \
  8. __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = { \
  9. .nr = MACH_TYPE_##_type, \
  10. .name = _name,

将MACHINE_START宏定义展开

  1. .nr=MACH_TYPE_MX6Q_SABRESD
  2. .NAME="Freescale i.MX 6Quad/DualLite/Solo Sabre-SD Board"

MACH_TYPE_MX6Q_SABRESD 就 是 “ Freescale i.MX 6Quad/DualLite/Solo Sabre-SD Board ” 这 个 板 子 的 machine id ,MACH_TYPE_MX6Q_SABRESD 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:
在这里插入图片描述
如果uboot传入的machine id在此文件中有定义,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

2、使用设备树以后的设备匹配方法

​ 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:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-LH1oAJWQ-1644904451698)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220215114510026.png)]
​ 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-imx6q.c,有如下所示内容:
在这里插入图片描述
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,设置.dt_compat = imx6q_dt_compat,imx6q_dt_compat 表里面有"fsl,imx6dl"和"fsl,imx6q"这两个兼容值。只要某个设备(板子)根节点“/”的 compatible 属性值与imx6q_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。imx6q-c-sabresd.dts 中根节点的 compatible 属性值如下:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-Qo8ReeV9-1644904451699)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220215114937269.png)]
那每一个硬件设备驱动是如何匹配设备树中的compatible的呢?

​ 这就引入了设备树常用 OF 操作函数,设备树描述了设备的详细信息,驱动需要获取到这些信息,就要用到Linux 内核提供的一些函数,因为这一系列函数有一个统一的前缀“of_”,所以也被叫做OF 函数,OF 函数原型定义在include/linux/of.h 文件中。

例子:led实验(从设备树获取信息)

设备树文件:imx6dl-c-sabresd.dts
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-kT0FcsPr-1644904451699)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220215134043279.png)]
在根节点下写了一个xcled节点,将寄存器物理地址写入reg,重新编译dtb文件烧入板子

接下来是驱动文件的编写:

1.用of_find_node_by_path函数来获取设备节点

of_find_node_by_path(“/xcled”);           //获取根节点下xcled节点

2.用of_find_property函数获取compatible 属性内容

of_find_property(dtsled.nd, "compatible", NULL**)

3.用of_property_read_string获取 status 属性内容

ret = of_property_read_string(dtsled.nd, "status", &str);

4.用of_property_read_u32_array获取 reg 属性内容

ret = of_property_read_u32_array(dtsled.nd, "reg", regdata, 10);

of_iomap通过设备结点直接进行设备内存区间的 ioremap()

  1. IMX6Q_CCM_CCGR2 = of_iomap(dtsled.nd, 0);
  2. SW_MUX_GPIO3_IO18 = of_iomap(dtsled.nd, 1);
  3. SW_PAD_GPIO3_IO18 = of_iomap(dtsled.nd, 2);
  4. GPIO3_DR = of_iomap(dtsled.nd, 3);
  5. GPIO3_GDIR = of_iomap(dtsled.nd, 4);

编写好驱动后在板子上加载驱动:
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-HXcSLNA0-1644904451699)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220215135002079.png)]
通过app可以成功控制led
[外链图片转存失败,源站可能有防盗链机制,建议将图片保存下来直接上传(img-ylzZPdmE-1644904451699)(C:\Users\Administrator\AppData\Roaming\Typora\typora-user-images\image-20220215125707967.png)]
驱动文件:

  1. #include <linux/types.h>
  2. #include <linux/kernel.h>
  3. #include <linux/delay.h>
  4. #include <linux/ide.h>
  5. #include <linux/init.h>
  6. #include <linux/module.h>
  7. #include <linux/errno.h>
  8. #include <linux/gpio.h>
  9. #include <linux/cdev.h>
  10. #include <linux/device.h>
  11. #include <linux/of.h>
  12. #include <linux/of_address.h>
  13. #include <asm/mach/map.h>
  14. #include <asm/uaccess.h>
  15. #include <asm/io.h>
  16. #define DTSLED_CNT 1 /* 设备号个数 */
  17. #define DTSLED_NAME "dtsled" /* 名字 */
  18. #define LEDOFF 0 /* 关灯 */
  19. #define LEDON 1 /* 开灯 */
  20. /* 寄存器物理地址 */
  21. /*
  22. #define CCM_CCGR2_BASE (0X020c4070)
  23. #define SW_MUX_GPIO3_IO18_BASE (0X020E0098)
  24. #define SW_PAD_GPIO3_IO18_BASE (0X020E03AC)
  25. #define GPIO3_DR_BASE (0X020A4000)
  26. #define GPIO3_GDIR_BASE (0X020A4004)
  27. */
  28. /* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */
  29. static void __iomem *IMX6Q_CCM_CCGR2;
  30. static void __iomem *SW_MUX_GPIO3_IO18;
  31. static void __iomem *SW_PAD_GPIO3_IO18;
  32. static void __iomem *GPIO3_DR;
  33. static void __iomem *GPIO3_GDIR;
  34. /* dtsled设备结构体 */
  35. struct dtsled_dev{
  36. dev_t devid; /* 设备号 */
  37. struct cdev cdev; /* cdev */
  38. struct class *class; /**/
  39. struct device *device; /* 设备 */
  40. int major; /* 主设备号 */
  41. int minor; /* 次设备号 */
  42. struct device_node *nd; /* 设备节点 */
  43. };
  44. struct dtsled_dev dtsled; /* led设备 */
  45. /*
  46. * @description : LED打开/关闭
  47. * @param - sta : LEDON(0) 打开LED,LEDOFF(1) 关闭LED
  48. * @return : 无
  49. */
  50. void led_switch(u8 sta)
  51. {
  52. u32 val = 0;
  53. if(sta == LEDON) {
  54. val = readl(GPIO3_DR);
  55. val &= ~(1 << 18);
  56. writel(val, GPIO3_DR);
  57. }else if(sta == LEDOFF) {
  58. val = readl(GPIO3_DR);
  59. val|= (1 << 18);
  60. writel(val, GPIO3_DR);
  61. }
  62. }
  63. /*
  64. * @description : 打开设备
  65. * @param - inode : 传递给驱动的inode
  66. * @param - filp : 设备文件,file结构体有个叫做private_data的成员变量
  67. * 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
  68. * @return : 0 成功;其他 失败
  69. */
  70. static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
  71. {
  72. filp->private_data = &dtsled; /* 设置私有数据 */
  73. return 0;
  74. }
  75. /*
  76. * @description : 从设备读取数据
  77. * @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
  78. * @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
  79. * @param - cnt : 要读取的数据长度
  80. * @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
  81. * @return : 读取的字节数,如果为负值,表示读取失败
  82. */
  83. static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
  84. {
  85. return 0;
  86. }
  87. /*
  88. * @description : 向设备写数据
  89. * @param - filp : 设备文件,表示打开的文件描述符
  90. * @param - buf : 要写给设备写入的数据
  91. * @param - cnt : 要写入的数据长度
  92. * @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
  93. * @return : 写入的字节数,如果为负值,表示写入失败
  94. */
  95. static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
  96. {
  97. int retvalue;
  98. unsigned char databuf[1];
  99. unsigned char ledstat;
  100. retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
  101. if(retvalue < 0) {
  102. printk("kernel write failed!\r\n");
  103. return -EFAULT;
  104. }
  105. ledstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */
  106. if(ledstat == LEDON) {
  107. led_switch(LEDON); /* 打开LED灯 */
  108. } else if(ledstat == LEDOFF) {
  109. led_switch(LEDOFF); /* 关闭LED灯 */
  110. }
  111. return 0;
  112. }
  113. /*
  114. * @description : 关闭/释放设备
  115. * @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
  116. * @return : 0 成功;其他 失败
  117. */
  118. static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
  119. {
  120. return 0;
  121. }
  122. /* 设备操作函数 */
  123. static struct file_operations dtsled_fops = {
  124. .owner = THIS_MODULE,
  125. .open = led_open,
  126. .read = led_read,
  127. .write = led_write,
  128. .release = led_release,
  129. };
  130. /*
  131. * @description : 驱动出口函数
  132. * @param : 无
  133. * @return : 无
  134. */
  135. static int __init led_init(void)
  136. {
  137. u32 val = 0;
  138. int ret;
  139. u32 regdata[14];
  140. const char *str;
  141. struct property *proper;
  142. /* 获取设备树中的属性数据 */
  143. /* 1、获取设备节点:alphaled */
  144. dtsled.nd = of_find_node_by_path("/xcled");
  145. if(dtsled.nd == NULL) {
  146. printk("xcled node nost find!\r\n");
  147. return -EINVAL;
  148. } else {
  149. printk("xcled node find!\r\n");
  150. }
  151. /* 2、获取compatible属性内容 */
  152. proper = of_find_property(dtsled.nd, "compatible", NULL);
  153. if(proper == NULL) {
  154. printk("compatible property find failed\r\n");
  155. } else {
  156. printk("compatible = %s\r\n", (char*)proper->value);
  157. }
  158. /* 3、获取status属性内容 */
  159. ret = of_property_read_string(dtsled.nd, "status", &str);
  160. if(ret < 0){
  161. printk("status read failed!\r\n");
  162. } else {
  163. printk("status = %s\r\n",str);
  164. }
  165. /* 4、获取reg属性内容 */
  166. ret = of_property_read_u32_array(dtsled.nd, "reg", regdata, 10);
  167. if(ret < 0) {
  168. printk("reg property read failed!\r\n");
  169. } else {
  170. u8 i = 0;
  171. printk("reg data:\r\n");
  172. for(i = 0; i < 10; i++)
  173. printk("%#X ", regdata[i]);
  174. printk("\r\n");
  175. }
  176. /* 初始化LED */
  177. #if 0
  178. /* 1、寄存器地址映射 */
  179. IMX6Q_CCM_CCGR2 = ioremap(regdata[0], regdata[1]);
  180. SW_MUX_GPIO3_IO18 = ioremap(regdata[2], regdata[3]);
  181. SW_PAD_GPIO3_IO18 = ioremap(regdata[4], regdata[5]);
  182. GPIO3_DR = ioremap(regdata[6], regdata[7]);
  183. GPIO3_GDIR = ioremap(regdata[8], regdata[9]);
  184. #else
  185. IMX6Q_CCM_CCGR2 = of_iomap(dtsled.nd, 0);
  186. SW_MUX_GPIO3_IO18 = of_iomap(dtsled.nd, 1);
  187. SW_PAD_GPIO3_IO18 = of_iomap(dtsled.nd, 2);
  188. GPIO3_DR = of_iomap(dtsled.nd, 3);
  189. GPIO3_GDIR = of_iomap(dtsled.nd, 4);
  190. #endif
  191. /* 2、使能GPIO1时钟 */
  192. val = readl(IMX6Q_CCM_CCGR2);
  193. val &= ~(3 << 18); /* 清楚以前的设置 */
  194. val |= (3 << 18); /* 设置新值 */
  195. writel(val, IMX6Q_CCM_CCGR2);
  196. /* 3、设置GPIO1_IO03的复用功能,将其复用为
  197. * GPIO1_IO03,最后设置IO属性。
  198. */
  199. writel(5, SW_MUX_GPIO3_IO18);
  200. /*寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03设置IO属性
  201. *bit 16:0 HYS关闭
  202. *bit [15:14]: 00 默认下拉
  203. *bit [13]: 0 kepper功能
  204. *bit [12]: 1 pull/keeper使能
  205. *bit [11]: 0 关闭开路输出
  206. *bit [7:6]: 10 速度100Mhz
  207. *bit [5:3]: 110 R0/6驱动能力
  208. *bit [0]: 0 低转换率
  209. */
  210. writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO3_IO18);
  211. /* 4、设置GPIO3_IO18为输出功能 */
  212. val = readl(GPIO3_GDIR);
  213. val &= ~(1 << 18); /* 清除以前的设置 */
  214. val |= (1 << 18); /* 设置为输出 */
  215. writel(val, GPIO3_GDIR);
  216. /* 5、默认关闭LED */
  217. val = readl(GPIO3_DR);
  218. val |= (1 << 18);
  219. writel(val, GPIO3_DR);
  220. /* 注册字符设备驱动 */
  221. /* 1、创建设备号 */
  222. if (dtsled.major) { /* 定义了设备号 */
  223. dtsled.devid = MKDEV(dtsled.major, 0);
  224. register_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);
  225. } else { /* 没有定义设备号 */
  226. alloc_chrdev_region(&dtsled.devid, 0, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME); /* 申请设备号 */
  227. dtsled.major = MAJOR(dtsled.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
  228. dtsled.minor = MINOR(dtsled.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
  229. }
  230. printk("dtsled major=%d,minor=%d\r\n",dtsled.major, dtsled.minor);
  231. /* 2、初始化cdev */
  232. dtsled.cdev.owner = THIS_MODULE;
  233. cdev_init(&dtsled.cdev, &dtsled_fops);
  234. /* 3、添加一个cdev */
  235. cdev_add(&dtsled.cdev, dtsled.devid, DTSLED_CNT);
  236. /* 4、创建类 */
  237. dtsled.class = class_create(THIS_MODULE, DTSLED_NAME);
  238. if (IS_ERR(dtsled.class)) {
  239. return PTR_ERR(dtsled.class);
  240. }
  241. /* 5、创建设备 */
  242. dtsled.device = device_create(dtsled.class, NULL, dtsled.devid, NULL, DTSLED_NAME);
  243. if (IS_ERR(dtsled.device)) {
  244. return PTR_ERR(dtsled.device);
  245. }
  246. return 0;
  247. }
  248. /*
  249. * @description : 驱动出口函数
  250. * @param : 无
  251. * @return : 无
  252. */
  253. static void __exit led_exit(void)
  254. {
  255. /* 取消映射 */
  256. iounmap(IMX6Q_CCM_CCGR2);
  257. iounmap(SW_MUX_GPIO3_IO18);
  258. iounmap(SW_PAD_GPIO3_IO18);
  259. iounmap(GPIO3_DR);
  260. iounmap(GPIO3_GDIR);
  261. /* 注销字符设备驱动 */
  262. cdev_del(&dtsled.cdev);/* 删除cdev */
  263. unregister_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT); /* 注销设备号 */
  264. device_destroy(dtsled.class, dtsled.devid);
  265. class_destroy(dtsled.class);
  266. }
  267. module_init(led_init);
  268. module_exit(led_exit);
  269. MODULE_LICENSE("GPL");

app文件:

  1. #include "stdio.h"
  2. #include "unistd.h"
  3. #include "sys/types.h"
  4. #include "sys/stat.h"
  5. #include "fcntl.h"
  6. #include "stdlib.h"
  7. #include "string.h"
  8. #define LEDOFF 0
  9. #define LEDON 1
  10. /*
  11. * @description : main主程序
  12. * @param - argc : argv数组元素个数
  13. * @param - argv : 具体参数
  14. * @return : 0 成功;其他 失败
  15. */
  16. int main(int argc, char *argv[])
  17. {
  18. int fd, retvalue;
  19. char *filename;
  20. unsigned char databuf[1];
  21. if(argc != 3){
  22. printf("Error Usage!\r\n");
  23. return -1;
  24. }
  25. filename = argv[1];
  26. /* 打开led驱动 */
  27. fd = open(filename, O_RDWR);
  28. if(fd < 0){
  29. printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
  30. return -1;
  31. }
  32. databuf[0] = atoi(argv[2]); /* 要执行的操作:打开或关闭 */
  33. /*/dev/led文件写入数据 */
  34. retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
  35. if(retvalue < 0){
  36. printf("LED Control Failed!\r\n");
  37. close(fd);
  38. return -1;
  39. }
  40. retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */
  41. if(retvalue < 0){
  42. printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
  43. return -1;
  44. }
  45. return 0;
  46. }

https://www.csdn.net/tags/MtTaYg5sODU5NDktYmxvZwO0O0OO0O0O.html 

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