2-ARM Linux驱动开发-设备树平台驱动

一、概述

设备树(Device Tree)是一种描述硬件的数据结构，用于将硬件设备的信息传递给操作系统内核。它的主要作用是使内核能够以一种统一、灵活的方式了解硬件平台的细节，包括设备的拓扑结构、资源分配（如内存地址、中断号等）等信息，从而减少了将硬件信息硬编码到内核中的情况，增强了内核的可移植性和可维护性。

1、设备树的基本结构

1.节点(Node)

设备树以节点为基本单元，节点用于描述一个设备或者一个设备集合。每个节点都有一个名字，名字通常反映了设备的类型或者功能。例如，一个典型的节点名字可能是 “uart@0x1000”，其中 “uart” 表示这是一个串口设备，“0x1000” 可能是该设备的基地址。节点可以包含属性(Properties)和子节点(Child Nodes)。

2.属性(Properties)

属性是节点的重要组成部分，用于描述设备的各种特性。属性由键 - 值对(key - value pairs)组成。键是一个字符串，用于标识属性的名称，值可以是多种数据类型，如整数、字符串、字节数组等。例如，一个设备节点可能有一个属性 “compatible”，其值为 “nvidia,tegra - uart”，这个属性用于告诉内核该设备与哪种驱动程序兼容。

3.子节点(Child Nodes)

一个节点可以包含多个子节点，用于描述设备的层次结构。比如，在一个 SoC(片上系统)设备树中，可能有一个 “cpu” 节点，它下面会有多个代表不同 CPU 核心的子节点，每个子节点可以包含自己的属性，用于描述该核心的特性，如频率、缓存大小等。

2、基本概念

1.DTS（Device Tree Source）

DTS 是设备树源文件，它是一种文本格式的文件，用于描述硬件设备的详细信息。其内容包括设备的拓扑结构、设备之间的连接关系、资源分配（如内存地址、中断号等）以及设备的各种属性等。

​​

这里的/{​表示根节点，node1​是根节点下的一个子节点，它有两个属性property1​和property2​，并且还有一个子节点child_node​，这个子节点有自己的属性child_property​。属性的值可以是整数（用<>​包围）、字符串（用双引号包围）等多种形式。

/{
    node1 {
        property1 = <value1>;
        property2 = "string_value";
        child_node {
            child_property = <value2>;
        }
    }
}

2.DTC（Device Tree Compiler）

DTC是设备树编译器，它是一个工具，用于将DTS文件编译成二进制的DTB文件。DTC会对DTS文件进行语法检查、格式转换等操作，以确保设备树信息的正确性和有效性，并将其转换为内核能够解析的二进制格式。

DTC读取DTS文件的文本内容，根据设备树的语法规则进行解析。它会识别节点、属性等元素，并将其转换为二进制格式存储在DTB文件中。在编译过程中，DTC还可以进行一些优化操作，例如去除注释、压缩数据等，以减小DTB文件的大小。

通常在构建内核或者制作嵌入式系统镜像时使用。例如，在交叉编译环境中，开发人员在完成DTS文件的编写后，会使用DTC工具将DTS编译为DTB文件，然后将DTB文件与内核镜像一起部署到目标设备上。

3.DTB（Device Tree Blob）

DTB是设备树二进制文件，它是DTS文件经过DTC编译后的产物。内核在启动过程中能够直接解析DTB文件来获取硬件设备的信息。文件包含了设备树的所有信息，不过是以二进制形式存储。它的结构包括头部信息（如文件版本、大小等）和设备树数据部分。数据部分按照一定的格式组织，内核通过特定的解析代码可以从中提取出设备节点、属性等信息。

当系统启动时，内核会读取 DTB 文件。例如，在一个基于 ARM 架构的嵌入式系统中，引导加载程序（如 U - Boot）会将 DTB 文件加载到内存中，然后内核启动时会解析 DTB 文件，根据其中的信息来识别硬件设备，如发现系统中的存储设备、网络设备等，并为这些设备分配资源，同时将设备与相应的驱动程序进行匹配。

4.DTSI（Device Tree Source Include）

DTSI 是设备树源文件包含（Include）文件。它也是一种文本格式的文件，主要用于将设备树描述信息进行模块化和复用。

在复杂的硬件系统中，可能有多个设备具有相同的基本属性或者结构。DTSI 文件可以用来定义这些通用的部分，然后在多个 DTS 文件中进行引用。例如，对于一个具有多个相同类型的 UART 设备的系统，可以将 UART 设备的通用属性（如基本的寄存器定义、中断处理方式等）定义在一个 DTSI 文件中，然后在每个具体描述 UART 设备的 DTS 文件中包含这个 DTSI 文件，从而减少代码的重复编写。

​#include "xxx.dtsi"​

二、实操

1、设备树文件修改

/include/ "system-conf.dtsi"
/ {
	chosen{
		bootargs = "earlycon console=ttyPS0,115200 clk_ignore_unused root=/dev/mmcblk0p2 rw rootwait";
	};

	gpio-led {
		compatible = "zynqMP-led";
		gpios = <	&gpio 0x2A 0x0 
				&gpio 0x28 0x0>;
	};
};

&gpio {
	emio-gpio-width = <32>;
	gpio-mask-high = <0x0>;
	gpio-mask-low = <0x5600>;
	status = "okay";
};

&sdhci1 {
	clock-frequency = <100000000>;
	status = "okay";
	xlnx,mio_bank = <0x1>;
	no-1-8-v;
	disable-wp;
};

&uart0 {
	cts-override ;
	device_type = "serial";
	port-number = <0>;
	status = "okay";
	u-boot,dm-pre-reloc ;
};

&usb0 {
	status = "okay";
	xlnx,tz-nonsecure = <0x1>;
	xlnx,usb-polarity = <0x0>;
	xlnx,usb-reset-mode = <0x0>;
};

2、驱动文件编写

//1、添加头文件
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/mod_devicetable.h>

static unsigned int led_major;
static struct class *led_class;

struct led_driver
{
	int gpio1;
	int gpio2;
	int irq;
	struct device dev;
};
struct led_driver *led_dri = NULL;

const struct file_operations led_fops = {

};

//在probe函数中打印获取数据包里面的名字及GPIO
int gpio_pdrv_probe(struct platform_device *pdev)
{
	struct device_node *node;
	unsigned int gpio1, gpio2;
	unsigned int ret = 0;

	printk("gpio pdrv probe!\n");
	printk("pdrv name = %s!\n", pdev->name);

	//申请主设备号
	led_major = register_chrdev(0, "led_drv", &led_fops);
	if (led_major < 0)
	{
		printk("register chrdev led major error!\n");
		return -ENOMEM;
	}

	//创建类
	led_class = class_create(THIS_MODULE, "led_class");

	//创建设备
	device_create(led_class, NULL, MKDEV(led_major, 0), NULL, "led_device%d", 0);

	//硬件初始化

	//申请空间
	led_dri = devm_kmalloc(&pdev->dev, sizeof(struct led_driver), GFP_KERNEL);
	if (led_dri == NULL)
	{
		printk("devm kmalloc led_driver error!\n");
		return -1;
	}

	//获取从设备节点传过来的pdev中的dev及node节点
	led_dri->dev = pdev->dev;
	node = pdev->dev.of_node;

	//3.从node节点处获得GPIO号
	gpio1 = of_get_gpio(node, 0);
	printk("of get gpio1 number = %d\n", gpio1); 	//GPIO基数 338 + 40，338 是 512 - 174 得到的。
	if (gpio1 < 0)
	{
		printk("of get gpio error!\n");
		return -1;
	}
	gpio2 = of_get_gpio(node, 1);
	printk("of get gpio2 number = %d\n", gpio2);    //GPIO基数 338 + 42
	if (gpio2 < 0)
	{
		printk("of get gpio error!\n");
		return -1;
	}

	//4.申请GPIO
	ret = gpio_request(gpio1, "plattree_led");
	if (ret < 0)
	{
		printk("plattree led gpio request error!\n");
		return ret;
	}
	ret = gpio_request(gpio2, "plattree_led");
	if (ret < 0)
	{
		printk("plattree led gpio request error!\n");
		return ret;
	}

	//5.设置GPIO为输出模式，并设备为0，灭灯
	gpio_direction_output(gpio1, 0);
	gpio_direction_output(gpio2, 0);

	led_dri->gpio1 = gpio1;
	led_dri->gpio2 = gpio2;

	return 0;
}

int gpio_pdrv_remove(struct platform_device *pdev)
{
	printk("led pdrv remove!\n");
	//6.将gpio设为输出。
	gpio_set_value(led_dri->gpio1, 1);
	gpio_set_value(led_dri->gpio2, 1);
	gpio_free(led_dri->gpio1);
	gpio_free(led_dri->gpio2);
	device_destroy(led_class, MKDEV(led_major, 0));
	class_destroy(led_class);
	unregister_chrdev(led_major, "led_drv");

	return 0;
}

//of_match_table实现
const struct of_device_id gpio_of_match_table[] = {
	{
		.compatible = "zynqMP-led",
	},
	{}
};

//2.当驱动在设备中找到name之后，进行配对获取resource资源，进入probe函数
struct platform_driver gpio_drv = {
	.driver = {
		.name = "zynqmp_led",
		.of_match_table = gpio_of_match_table,
	},
	.probe = gpio_pdrv_probe,
	.remove = gpio_pdrv_remove,
};

//实现装载入口函数和卸载入口函数
static __init int platform_gpio_drv_init(void)
{
	//1.创建pdrv，并且注册到总线中
	return platform_driver_register(&gpio_drv);
}
static __exit void platform_gpio_drv_exit(void)
{
	//7.注销设备
	platform_driver_unregister(&gpio_drv);
}

//声明装载入口函数和卸载入口函数
module_init(platform_gpio_drv_init);
module_exit(platform_gpio_drv_exit);

//添加GPL协议
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Popeye");

​​