kernel解析dtb为节点

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title: 解析dtb为节点

date: 2019/4/26 14:02:18

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kernel解析dtb为节点

head.s入口传递

回顾

看以前的笔记 kernel(二)源码浅析

先来回顾下以前uboot是怎么传递参数的?

R0	一般设置为0
R1	machine id (设备树不使用)
R2	ATAGS(设备树使用为DTB地址)

kernel的入口点是``arch\arm\kernel\head.S,以前的流程是根据这个machine id去匹配到具体的单板,然后使用ATAGS`构造相应的启动参数

使用机器id可以找到类似如下的结构体

#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				\
};

MACHINE_START(S3C2440, "SMDK2440")
	/* Maintainer: Ben Dooks <ben@fluff.org> */
	.phys_io	= S3C2410_PA_UART,
	.io_pg_offst	= (((u32)S3C24XX_VA_UART) >> 18) & 0xfffc,
	.boot_params	= S3C2410_SDRAM_PA + 0x100,

	.init_irq	= s3c24xx_init_irq,
	.map_io		= smdk2440_map_io,
	.init_machine	= smdk2440_machine_init,
	.timer		= &s3c24xx_timer,
MACHINE_END

具体这个结构如下

 struct machine_desc {
	/*
	 * Note! The first four elements are used
	 * by assembler code in head-armv.S
	 */
	unsigned int		nr;		/* architecture number	*/
	unsigned int		phys_io;	/* start of physical io	*/
	unsigned int		io_pg_offst;	/* byte offset for io
						 * page tabe entry	*/

	const char		*name;		/* architecture name	*/
	unsigned long		boot_params;	/* tagged list		*/

	unsigned int		video_start;	/* start of video RAM	*/
	unsigned int		video_end;	/* end of video RAM	*/

	unsigned int		reserve_lp0 :1;	/* never has lp0	*/
	unsigned int		reserve_lp1 :1;	/* never has lp1	*/
	unsigned int		reserve_lp2 :1;	/* never has lp2	*/
	unsigned int		soft_reboot :1;	/* soft reboot		*/
	void			(*fixup)(struct machine_desc *,
					 struct tag *, char **,
					 struct meminfo *);
	void			(*map_io)(void);/* IO mapping function	*/
	void			(*init_irq)(void);
	struct sys_timer	*timer;		/* system tick timer	*/
	void			(*init_machine)(void);
};

设备树启动浅析

head.s会调用head-common.S

a. __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)
b. __vet_atags  : 判断是否存在可用的ATAGS或DTB
c. __create_page_tables  : 创建页表, 即创建虚拟地址和物理地址的映射关系
d. __enable_mmu  : 使能MMU, 以后就要使用虚拟地址了
e. __mmap_switched  : 上述函数里将会调用__mmap_switched
	.long	__bss_start			@ r0
	.long	__bss_stop			@ r1
	.long	init_thread_union + THREAD_START_SP @ sp

	.long	processor_id			@ r0
	.long	__machine_arch_type		@ r1
	.long	__atags_pointer			@ r2
f. 把bootloader传入的r2参数, 保存到变量__atags_pointer中
g. 调用C函数start_kernel

start_kernel

先记住这个

	.long	processor_id			@ r0
	.long	__machine_arch_type		@ r1
	.long	__atags_pointer			@ r2

大概的流程是这样的

mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer);
	// 头部检查
	early_init_dt_verify
	//找到最匹配的machine_desc
	of_flat_dt_match_machine(mdesc_best, arch_get_next_mach);

if (!mdesc) //按照以前使用atag的方式
	mdesc = setup_machine_tags(__atags_pointer, __machine_arch_type);

// 找到匹配的machine_desc,后处理了
machine_desc = mdesc;
machine_name = mdesc->name;
dump_stack_set_arch_desc("%s", mdesc->name);
// 把命令行启动参数存起来
/* populate cmd_line too for later use, preserving boot_command_line */
strlcpy(cmd_line, boot_command_line, COMMAND_LINE_SIZE);
*cmdline_p = cmd_line;

// 保留dtb 本身的内存 以及指定的 reserve的内存
arm_memblock_init(mdesc);

启动参数以及内存解析

• /chosen节点中bootargs属性就是内核启动的命令行参数，它里面可以指定根文件系统在哪里，第一个运行的应用程序是哪一个，指定内核的打印信息从哪个设备里打印出来,存在boot_command_line

• /memory中的reg属性指定了不同板子内存的大小和起始地址,调用memblock_add

• 根节点的#address-cells和#size-cells属性指定属性参数的位数

代码浅析

setup_machine_fdt

	mdesc_best = &__mach_desc_GENERIC_DT;  这个应该是机器描述符段的起始地址

	early_init_dt_verify
		// 头部校验
		fdt_check_header
		// 把这个 地址又存一遍 initial_boot_params
		initial_boot_params = params;
		//计算crc到 of_fdt_crc32
		of_fdt_crc32=crc32_be(...)
	mdesc = of_flat_dt_match_machine(mdesc_best, arch_get_next_mach);
		// arch_get_next_mach 获取下一个机器描述

		// 寻找下一个机器描述的id
		// get_next_compat=arch_get_next_mach
		// 最终找到最匹配的机器描述
		while ((data = get_next_compat(&compat)))
		{
			score = of_flat_dt_match(dt_root, compat);
					// initial_boot_params 就是上面存档的dtb地址
					of_fdt_match(initial_boot_params, node, compat);
						of_fdt_is_compatible
							// 寻找  compatible 属性来匹配 单板
							fdt_getprop(blob, node, "compatible", &cplen);
							// 找到最匹配的
							while (cplen > 0)
								of_compat_cmp

			if (score > 0 && score < best_score)
			{
				best_data = data;
				best_score = score;
			}
		}

	early_init_dt_scan_nodes
		// 找到启动命令参数
		/* Retrieve various information from the /chosen node */
		of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_chosen, boot_command_line);
			early_init_dt_scan_chosen // 寻找到 chosen 的 bootargs
				p = of_get_flat_dt_prop(node, "bootargs", &l);
		// 找到reg的描述
		/* Initialize {size,address}-cells info */
		of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_root, NULL);
			prop = of_get_flat_dt_prop(node, "#size-cells", NULL);
			prop = of_get_flat_dt_prop(node, "#address-cells", NULL);
		// 内存相关设置
		/* Setup memory, calling early_init_dt_add_memory_arch */
		of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_memory, NULL);
			early_init_dt_scan_memory
				if( ! of_get_flat_dt_prop(node, "linux,usable-memory", &l);)
				else of_get_flat_dt_prop(node, "reg", &l);
				....
			//
			of_get_flat_dt_prop(node, "hotpluggable", NULL);

内存保留

uboot把设备树DTB文件随便放到内存的某一个地方就可以使用，内核不会去覆盖DTB所占用的那块内存呢.在设备树文件中，可以使用/memreserve/指定一块内存，这块内存就是保留的内存，内核不会占用它。即使你没有指定这块内存，当我们内核启动时，他也会把设备树所占用的区域保留下来.

setup_arch
	// dtb 判断,机器id查找
	setup_machine_fdt

	// 内存保留
	arm_memblock_init(mdesc);
		// dtb 自身的内存空间
		early_init_fdt_reserve_self();
			early_init_dt_reserve_memory_arch(
						 __pa(initial_boot_params),				//initial_boot_params 是以前存储的dtb地址
						  fdt_totalsize(initial_boot_params),	//头部指示的大小
						  0);
				memblock_reserve(....)
		// dtb 描述中的 reserve 内存
		early_init_fdt_scan_reserved_mem();
			fdt_get_mem_rsv(initial_boot_params, n, &base, &size);
				early_init_dt_reserve_memory_arch
					memblock_reserve(....)

小结

综上,我们到此为止解析了如下

chosen/bootargs	启动命令行boot_command_line
memory	保留内存
dtb本身内存
initial_boot_params	dtb地址,这个是个全局变量

节点的解析

这段代码的入口是这里

setup_arch
	// 找到匹配的机器描述
	setup_machine_fdt
	// 内存保留
	arm_memblock_init(mdesc);
	// 节点解析
	unflatten_device_tree();

unflatten_device_tree()
{
    // 第一次解析,这里最后一个参数是false,不会分配内存,会计算所需的内存大小
	__unflatten_device_tree(initial_boot_params, NULL, &of_root,
				early_init_dt_alloc_memory_arch, false);	

	/* Get pointer to "/chosen" and "/aliases" nodes for use everywhere */
	of_alias_scan(early_init_dt_alloc_memory_arch);

    // 这里会真正分配内存,存放结构
	unittest_unflatten_overlay_base();

}

这段代码还是比较复杂了,暂时不去分析了这里没有使用递归,按我的理解应该是类似这样的

for(next_node(xxx))-----这里的next_node 会记录树的深度,也就是应该会有父兄的记录
{
	// 解析status

    // 解析属性
    if(is_not_属性)
        continue;

}

数据结构

节点描述

struct device_node {
    const char *name;  // 来自节点中的name属性, 如果没有该属性, 则设为"NULL"
    const char *type;  // 来自节点中的device_type属性, 如果没有该属性, 则设为"NULL"
    phandle phandle;
    const char *full_name;  // 节点的名字, node-name[@unit-address]
    struct fwnode_handle fwnode;

    struct  property *properties;  // 节点的属性
    struct  property *deadprops;    /* removed properties */
    struct  device_node *parent;   // 节点的父亲
    struct  device_node *child;    // 节点的孩子(子节点)
    struct  device_node *sibling;  // 节点的兄弟(同级节点)
    #if defined(CONFIG_OF_KOBJ)
    struct  kobject kobj;
    #endif
    unsigned long _flags;
    void    *data;
    #if defined(CONFIG_SPARC)
    const char *path_component_name;
    unsigned int unique_id;
    struct of_irq_controller *irq_trans;
    #endif
};

属性描述

struct property {
    char    *name;    // 属性名字, 指向dtb文件中的字符串
    int length;       // 属性值的长度
    void    *value;   // 属性值, 指向dtb文件中value所在位置, 数据仍以big endian存储
    struct property *next;
    #if defined(CONFIG_OF_DYNAMIC) || defined(CONFIG_SPARC)
    unsigned long _flags;
    #endif
    #if defined(CONFIG_OF_PROMTREE)
    unsigned int unique_id;
    #endif
    #if defined(CONFIG_OF_KOBJ)
    struct bin_attribute attr;
    #endif
};

具体的描述看下老师的图,很容易理解,就是一个比较大的链表,注意其中节点名字指向节点本身最后的内存