如何从Linux 的用户空间检查设备树信息？

前言

在 Linux 启动过程中，U-Boot / UEFI 将一个“设备树 Blob”（DTB）文件加载到内存中，并将指向它的指针传递给内核。此 DTB 文件描述了 Linux 内核的系统硬件布局，允许将特定于平台的代码移出内核源代码并替换为可以解析 DTB 并根据需要配置系统的通用代码。

编译设备树

设备树源 (DTS) 文件是简单的文本文件，可以使用设备树编译器 (DTC) 工具将其编译为二进制设备树 Blob (DTB) 格式。DTC 工具位于/scripts/dtc下的 Linux 内核源代码中，也可通过一些分发包管理器（例如 Ubuntu 上的 APT）进行安装：

$ sudo apt-get update
$ sudo apt-get install device-tree-compiler
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使用 DTC 反编译 DTB 是无损的，即可以将 DTB 反编译为 DTS，然后将该 DTS 编译回 DTB 而不会丢失任何信息。反编译：

$ dtc -I dtb -O dts juno.dtb > juno.dts
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并重新编译：

$ dtc -I dts -O dtb juno.dts > juno.dtb
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设备树源 (DTS) 语法

注意：通用设备树语法的完整文档可以在DeviceTree.org找到，Linux 绑定文档可以在这里找到 Linux 内核源代码

设备树源文件是由具有相关属性的节点和子节点组成的树结构。一般语法如下：

/ {
    node1 {
        a-string-property = "a string";
        a-string-list-property = "first string", "second string";
        a-byte-data-property = [0x01 0x02 0x03];
        child-node1 {
            first-child-property;
            second-child-property
            a-string-property = "child string";
        };
        child-node2 {
        };
    };
    node2 {
        an-empty-property;
        a-cell-property = <1 2 3>;
        child-node1 {
        };
    };
};
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• /表示树的根节点
• node1并且node2是根节点的子节点
• node1有两个子节点：child-node1和child-node2

每个节点都有一组与之关联的属性：

• 以空字符结尾的文本字符串用双引号括起来：

 a-string-property = "一个字符串";
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• 单元格（32 位无符号整数）以空格分隔并用尖括号括起来：

细胞属性 = <1 2 3>;
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• 二进制数据以空格分隔并用方括号括起来：

二进制属性 = [0x01 0x02 0x03]；
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• 可以使用逗号连接混合表示数据：

a-mixed-property = "一个字符串", [0x01 0x02 0x03], <1 2 3>;
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• 逗号也用于创建字符串列表：

a-string-list = "第一个字符串", "第二个字符串";
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DTS 示例

这是 Juno 的 DTS 条目示例，特别是 GIC-400：

interrupt-controller@2c010000 {
    compatible = "arm,gic-400";
    reg = <0x0 0x2c010000 0x0 0x1000 0x0 0x2c02f000 0x0 0x2000 0x0 0x2c04f000 0x0 0x2000 0x0 0x2c06f000 0x0 0x2000>;
    #address-cells = <0x2>;
    #interrupt-cells = <0x3>;
    #size-cells = <0x2>;
    interrupt-controller;
    interrupts = <0x1 0x9 0x3f04>;
    ranges = <0x0 0x0 0x0 0x2c1c0000 0x0 0x40000>;
    linux,phandle = <0x1>;
    phandle = <0x1>;
    v2m@0 {
        compatible = "arm,gic-v2m-frame";
        msi-controller;
        reg = <0x0 0x0 0x0 0x1000>;
    };
};
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让我们分解这个条目，以了解如何使用设备树节点来描述真实硬件：

interrupt-controller@2c010000 {
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中断控制器位于父节点“总线”上的地址 0x2C010000（稍后会详细介绍）。在这种情况下，父节点是根节点，因此从 CPU 的角度来看，这意味着地址 0x2C010000。

compatible = "arm,gic-400";
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Linux 内核使用它来决定将哪个设备驱动程序绑定到外围设备。在这种情况下，中断控制器与 ARM GIC-400 驱动程序兼容。

reg = <0x0 0x2c010000 0x0 0x1000 0x0 0x2c02f000 0x0 0x2000 0x0 0x2c04f000 0x0 0x2000 0x0 0x2c06f000 0x0 0x2000>;
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reg属性定义了外围设备将响应的地址范围。该属性由许多元组组成，每个元组包含一个区域的基地址和该区域的大小。要解析属性，我们需要了解三件事：

• 每个单元格值是一个 32 位无符号整数

• 父节点的#address-cells值定义了多少个单元格值构成一个区域的基地址

• 父节点的#size-cells值定义了多少个单元格值构成一个区域的长度

中断控制器节点是根节点的子节点，在 Juno 上有#address-cells = #size-cells= 2。按顺序移动该reg属性并将前 2 个单元格组合为基地址，接下来的 2 个单元格为长度，接下来的 2 个单元格为基地址等给出中断控制器将响应的以下区域：

64-bit address 0x0000_0000_2C01_0000 with 64-bit length 0x0000_0000_0000_1000
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64-bit address 0x0000_0000_2C02_F000 with 64-bit length 0x0000_0000_0000_2000
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64-bit address 0x0000_0000_2C04_F000 with 64-bit length 0x0000_0000_0000_2000
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64-bit address 0x0000_0000_2C06_F000 with 64-bit length 0x0000_0000_0000_2000
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interrupt-controller;
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所有中断控制器节点都必须包含一个空interrupt-controller属性。

interrupts = <0x1 0x9 0x3f04>;
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GIC 的中断设备树绑定格式可以 在 Linux 内核文档中找到 ：

• 第一个单元格表示中断类型（0 表示 SPI，1 表示 PPI）
• 第二个单元格包含许多标志，编码如下：位 [3:0] 定义触发类型和电平标志，其中 4 对应于 Active High Level-Sensitive位 [15:8] 定义 CPU 中断掩码，其中每个位表示中断连接到特定 CPU（位 8 = CPU0，位 9 = CPU1，…，位 15 = CPU7）

所以这里 GIC 本身将 PPI #9 作为针对 CPU [0…5] 的活动高电平敏感中断，即 Juno 上的所有 CPU，总共有 6 个 CPU。此 PPI（中断 ID 25）对应于 Juno 上的 VGIC 维护中断，是支持虚拟化扩展的 CPU 所必需的。

ranges = <0x0 0x0 0x0 0x2c1c0000 0x0 0x40000>;
    v2m@0 {
        compatible = "arm,gic-v2m-frame";
        msi-controller;
        reg = <0x0 0x0 0x0 0x1000>;
    };
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节点中的所有地址都指定为该节点本地的总线地址。range 属性提供了一种将这些总线地址映射到父节点地址空间的机制。

Juno 的中断控制器节点是v2m地址 0x0 的子节点，位于中断控制器“总线”的本地。该节点用于 GICv2m 扩展，需要从中断控制器“总线”映射到 CPU 的内存角度。

reg与属性类似，ranges使用#address-cellsand#size-cells来解析 (Local Address, Parent Address, Length) 的元组，其中：

• 本地地址的宽度由本地节点的#address-cells值决定

• 父地址的宽度由父节点的#address-cells值决定

• Length 的宽度由本地节点的#size-cells值决定

在 Juno 上，这些都是 2，因此范围属性被解释为“将 64 位本地地址 0x0 映射到 64 位长度为 0x40000 的 64 位父地址 0x2C1C0000”。因为v2m节点在本地地址0x0，所以会映射到父节点的地址0x2C1C0000，而父节点是根节点，这就是CPU对内存的看法。

查找设备树

您可能需要检查某些 dtb 的值，以进行调试，检查 dtb 在您修改后是否确实得到了更新等。虽然您无法获得已加载的设备树的类似 .dts 文件的视图，但您可以使用 /proc/device-tree 中的条目检查值。

在 Linux 的命令提示符下，您应该会在 /proc/device-tree 目录中看到类似以下内容：

root@j7-evm:~# ls /proc/device-tree/
#address-cells  firmware                l3-cache0
#size-cells     fixedregulator-evm12v0  main_r5fss_cpsw9g_virt_mac0
__symbols__     fixedregulator-sd       memory@80000000
aliases         fixedregulator-vsys3v3  model
chosen          fixedregulator-vsys5v0  name
compatible      gpio-keys               pmu
connector       interconnect@100000     reserved-memory
cpus            interrupt-parent        serial-number
dma_buf_phys    ion                     sound@0
dummy-panel     l2-cache0               timer-cl0-cpu0
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假设您不知道要查找的设备树的绝对路径。/proc/device-tree 中有一个 __symbol__ 目录。它对设备树中的每个符号标签都有。我们可以通过cat 来找到该符号的确切路径。以下是演示使用的示例：

root@j7-evm:~# cat /proc/device-tree/__symbols__/main_i2c0
/interconnect@100000/i2c@2000000

root@j7-evm:~# ls /proc/device-tree/interconnect@100000/i2c@2000000/
#address-cells   clock-names  gpio@20     name       pinctrl-names
#size-cells      clocks       gpio@22     phandle    power-domains
clock-frequency  compatible   interrupts  pinctrl-0  reg
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