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用Device tree overlay掌控Beaglebone Black的硬件资源

2019-07-13 05:26发布

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简介

device tree是linux 3.x开始使用的加载硬件资源的方式，这里说的硬件资源既包括片上的诸如GPIO、PWM、I2C、ADC等资源，也包括外部拓展的如FLASH、LCD等。 device tree主要作用是将某个硬件外设与相应的驱动程序进行绑定，关于它在实际使用中的地位可以参考我的日志《嵌入式linux如何操作硬件》。使用时首先需要编写一个.dts文件（device tree source），在文件中说明我要设置的硬件和它的各种属性，然后编译这个.dts文件生成对应的二进制文件.dtb，系统启动时就会加载这个device tree并配置各种硬件资源。 实际上Beaglebone Black自带系统中/boot目录下已经包含了一些编译好的.dtb文件，从文件名来看似乎每个.dtb文件都能配置一款beagleboard.org的开发板，其中有一个叫做am335x-boneblack.dtb的文件，没猜错的话应当负责了Beaglebone black的缺省硬件配置。但因为已经编译成了二进制文件，所以我们无法读取其内容。 那么我们如果想要自己修改某些功能改怎么办呢？我们肯定不能重新编译一个am335x-boneblack.dtb代替原来的文件，那样会疯掉的。不过我们可以使用device tree overlay来动态重定义某些功能。device tree overlay与device tree类似，同样是编写一个.dts文件，编译成.dtbo文件(末尾的o应该代表overlay)。不同的是我们不必把它放到/boot目录中去，它也不必在启动时加载，而可以在需要时随时进行动态加载。另外device tree overlay的.dts文件跟device tree的.dts文件格式还是有一点区别的，下面要介绍的是device tree overlay的.dts。接下来我们上机操作一下。

编写.dts文件

用ssh连接好Beaglebone black以后，我们先来找找Angstrom系统自带的.dts文件，看看它们长什么样子。用下面的命令搜索一下dts结尾的文件
  1. # find / -name *dts  
  1. /lib/firmware/cape-bone-dvi-00A0.dts  
  2. /lib/firmware/bone_pwm_P8_45-00A0.dts  
  3. /lib/firmware/BB-SPI1A1-00A0.dts  
  4. /lib/firmware/BB-ADC-00A0.dts  
  5. /lib/firmware/BB-I2C1A1-00A0.dts  
  6. /lib/firmware/BB-BONE-SERL-01-00A1.dts  
  7. /lib/firmware/cape-bone-dvi-00A2.dts  
  8. /lib/firmware/bone_pwm_P8_13-00A0.dts  
  9. /lib/firmware/cape-bone-hexy-00A0.dts  
  10. /lib/firmware/BB-BONE-LCD7-01-00A2.dts  
  11. ...  
我们发现它们都在同一个目录内，/lib/firmware，事实上系统自带的dts文件确实全部都在这个目录中，从文件名上我们会发现这里几乎包含了所有Beaglebone硬件资源的overlay，也包含了一些官方硬件外设(如lcd屏等，它们管自己的外设叫做cape)的overlay，因此以后有需要就可以直接到这里找了。下面随便打开其中一个看看(BB-UART1-00A0.dts)
  1. /* 
  2.  * Copyright (C) 2013 CircuitCo 
  3.  * 
  4.  * Virtual cape for UART1 on connector pins P9.24 P9.26 
  5.  * 
  6.  * This program is free software; you can redistribute it and/or modify 
  7.  * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as 
  8.  * published by the Free Software Foundation. 
  9.  */  
  10. /dts-v1/;  
  11. /plugin/;  
  12.   
  13.   
  14. / {  
  15.     compatible = "ti,beaglebone", "ti,beaglebone-black";  
  16.   
  17.   
  18.         /* identification */  
  19.         part-number = "BB-UART1";  
  20.         version = "00A0";  
  21.   
  22.   
  23.         /* state the resources this cape uses */  
  24.         exclusive-use =  
  25.                 /* the pin header uses */  
  26.                 "P9.24",        /* uart1_txd */  
  27.                 "P9.26",        /* uart1_rxd */  
  28.                 /* the hardware ip uses */  
  29.                 "uart1";  
  30.   
  31.   
  32.         fragment@0 {  
  33.                 target = <&am33xx_pinmux>;  
  34.                 __overlay__ {  
  35.                         bb_uart1_pins: pinmux_bb_uart1_pins {  
  36.                                 pinctrl-single,pins = <  
  37.                                         0x184 0x20 /* P9.24 uart1_txd.uart1_txd MODE0 OUTPUT (TX) */  
  38.                                         0x180 0x20 /* P9.26 uart1_rxd.uart1_rxd MODE0 INPUT (RX) */  
  39.                                 >;  
  40.                         };  
  41.                 };  
  42.         };  
  43.   
  44.   
  45.         fragment@1 {  
  46.                 target = <&uart2>; /* really uart1 */  
  47.                 __overlay__ {  
  48.                         status = "okay";  
  49.                         pinctrl-names = "default";  
  50.                         pinctrl-0 = <&bb_uart1_pins>;  
  51.                 };  
  52.         };  
  53. };  
它的语法跟c语言有点类似。我先从中抽掉不重要的内容，把它写成下面的伪代码
  1. / {  
  2.         fragment@0 {  
  3.                 target = <&am33xx_pinmux>;  
  4.                 __overlay__ {  
  5.                         bb_uart1_pins: pinmux_bb_uart1_pins {  
  6.                                 pinctrl-single,pins = <  
  7.                                         0x184 0x20 /* P9.24 uart1_txd.uart1_txd MODE0 OUTPUT (TX) */  
  8.                                         0x180 0x20 /* P9.26 uart1_rxd.uart1_rxd MODE0 INPUT (RX) */  
  9.                                 >;  
  10.                         };  
  11.                 };  
  12.         };  
  13.   
  14.   
  15.         fragment@1 {  
  16.                 target = <&uart2>;  
  17.                 __overlay__ {  
  18.                         status = "okay";  
  19.                         pinctrl-names = "default";  
  20.                         pinctrl-0 = <&bb_uart1_pins>;  
  21.                 };  
  22.         };  
  23. };  
从这里就能看出.dts文件的结构了——是一个树形结构。第一行的/代表根，下面的fragment@0和fragment@1是其两个分支节点。每个fragment节点下面又各有一个__overlay__节点（这些节点的名字都是固定的）。每个fragment节点下面相邻的target说明这个节点要修改的对象，在__overlay__节点下面的内容阐明了要修改的属性。 具体来说，am33xx_pinmux可以定义芯片功能复用引脚的具体功能，它使用了pinctrl-single,pins这个驱动，其中第一项0x184代表要修改的引脚，第二项0x20代表要修改成哪个功能。这里把P9.24和P9.26两个引脚定义成了uart1的TX和RX。uart2这个target则使能了uart1(这个uart2实际上对应的是硬件的uart1)。 如果把树形结构什么的都忽略掉，就会发现其实它实现了我之前用寄存器干的事：定义引脚功能，然后使能串口。 了解了dts文件的基本框架，我们再把之前丢掉的细节拿回来说明一下。(这些细节有些是非常重要的，实际使用中一定不要随意丢掉！) 首先这两行说明了dts的版本号，声明了这个文件的内容是一个plugin
  1. /dts-v1/;  
  2. /plugin/;  
根节点下面的一行说明了它的适用平台，这个是必须要写的。
  1. compatible = "ti,beaglebone", "ti,beaglebone-black";  
接下来的部分说明了这个device tree overlay的名字和版本号(版本号似乎只能是00A0)
  1. /* identification */  
  2. part-number = "BB-UART1";  
  3. version = "00A0";  
再下面的部分说明了要使用的引脚和硬件设备
  1. /* state the resources this cape uses */  
  2.         exclusive-use =  
  3.                 /* the pin header uses */  
  4.                 "P9.24",        /* uart1_txd */  
  5.                 "P9.26",        /* uart1_rxd */  
  6.                 /* the hardware ip uses */  
  7.                 "uart1";  
接下来就是device tree overlay的具体内容，前面已经简单解释过了，但似乎还是看不太明白，自己也写不出来。实际上我们并不需要自己从头开始写，因为在系统/lib/firmware目录中已经自带了很多.dts文件，我们只需要在它们的基础上进行修改就行了。需要提示一点，在.dts文件里我们经常会看到target = <&ocp>，这里的ocp是on chip peripherals的缩写，我猜想可能是用来描述连接到芯片的其他外设的(如按键、lcd等)。 另外，part-number = "BB-UART1"这句中的BB-UART1是我们下面加载这个device tree要用的名字。

编译.dts文件

写好.dts文件以后需要用dtc编译器编译一下，生成.dtbo文件才能使用。 假设我们写好了一个名为ADAFRUIT-SPI0-00A0.dts的文件，编译指令如下
  1. # dtc -O dtb -o ADAFRUIT-SPI0-00A0.dtbo -b 0 -@ ADAFRUIT-SPI0-00A0.dts  
然后就会生成ADAFRUIT-SPI0-00A0.dtbo文件。下面解释一下各个参数 -O dtb 声明输出格式为dtb文件 -o 输出文件名 -b 设置启动CPU -@ (我不太清楚这项是干嘛的，似乎是overlay专有的一项) 注意文件的命名，一定是“程序名-版本号.dtbo(.dts)”的形式。 编译完成以后，一定要把.dtbo文件放到/lib/firmware目录下才能使用
  1. # cp ADAFRUIT-SPI0-00A0.dtbo /lib/firmware  

DT overlay的使用 (加载和卸载)

所有已经加载的overlay列表都在/sys/devices/bone_capemgr.*/slots这个文件中。(bone_capemgr.*中的*号实际是一个数字，但是每次系统启动时这个数字可能会变化，所以我们用通配符*代替。)我们打开这个文件看一看
  1. # cat /sys/devices/bone_capemgr.*/slots  
  1. 0: 54:PF---   
  2. 1: 55:PF---   
  3. 2: 56:PF---   
  4. 3: 57:PF---   
  5. 4: ff:P-O-L Bone-LT-eMMC-2G,00A0,Texas Instrument,BB-BONE-EMMC-2G  
  6. 5: ff:P-O-L Bone-Black-HDMI,00A0,Texas Instrument,BB-BONELT-HDMI  
我们看到系统已经自动加载了两个overlay，eMMC和HDMI。下面我们把之前讲解的BB-UART1-00A0.dtbo加载一下，方法是
  1. # echo BB-UART1 > /sys/devices/bone_capemgr.*/slots  
然后我们再打开slots文件看看有什么变化
  1. 0: 54:PF---   
  2. 1: 55:PF---   
  3. 2: 56:PF---   
  4. 3: 57:PF---   
  5. 4: ff:P-O-L Bone-LT-eMMC-2G,00A0,Texas Instrument,BB-BONE-EMMC-2G  
  6. 5: ff:P-O-L Bone-Black-HDMI,00A0,Texas Instrument,BB-BONELT-HDMI  
  7. 6: ff:P-O-L Override Board Name,00A0,Override Manuf,BB-UART1  
会发现多了一项，说明加载成功了，下面就可以使用外设了。
外设使用完毕以后，如何卸载呢？一种方法是重启系统，另一种是
  1. # echo -6 > /sys/devices/bone_capemgr.*/slots  
但是在最近的Angstrom系统中，用这种方法会导致kernel panic，然后ssh会断开，相信今后这个问题应该会解决的。
来源：http://blog.chinaunix.net/uid-17188120-id-4076230.html

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