设备树的传递及kernel 对设备树的解析

当 U-Boot 将设备树加载到内存指定位置后，ARM 内核的 SoC 以通用寄存器 r2 来传递 dtb 在内存中的地址。kernel 获取到该地址后对 dtb 文件做进一步的处理。

设备树的传递

当使用 bootm 加载 kernel 镜像时（bootz 是对 bootm 的一种封装以及功能扩展，实质一样）。U-Boot 跳转到 kernel 的入口函数是 boot_jump_linux

这个函数的 C 文件在 arch/arm/lib 下，说明设备树的传递的方式是与 SoC 架构相关的。不同的 SoC 在 bring-up 时，这个函数格外重要，这是 U-Boot 与 kernel 之间衔接、交互信息的一个关键 API。U-Boot 的这个函数执行结束后，将 CPU 的控制权完整的交给 kernel。

/* Subcommand： GO */static void boot_jump_linux（bootm_headers_t *images， int flag）

{

。。。

debug（“## Transferring control to Linux （at address %08lx）”

“。。。

”， （ulong） kernel_entry）;

bootstage_mark（BOOTSTAGE_ID_RUN_OS）;

announce_and_cleanup（fake）;

if （IMAGE_ENABLE_OF_LIBFDT && images-》ft_len）

r2 = （unsigned long）images-》ft_addr;

else

r2 = gd-》bd-》bi_boot_params;

。。。

}

r2 作为存放设备树地址的寄存器，其取值有两种方式，分别是例化 bootm_header_t 这个数据结构的 ft_addr，以及利用 U-Boot 的板级启动参数作为设备树的地址。

bootm_header_t 方式

数据结构 bootm_header_t 的定义如下，供各种内核的 SoC 使用，每家厂商根据自己 CPU 的特点对各个成员进行不同的例化。

/*

* Legacy and FIT format headers used by do_bootm（） and do_bootm_《os》（）

* routines.

*/typedef struct bootm_headers {

。。。

char *ft_addr; /* flat dev tree address */

ulong ft_len; /* length of flat device tree */

。。。

} bootm_headers_t;

用 bootm_header_t 的方式，U-Boot 需支持设备树以及文件非空。

ft_len 以及 ft_addr 属于 bootm_header_t，在 U-Boot 解析镜像文件时，实例化这两个成员。函数调用栈如下：

do_bootz（struct cmd_tbl *cmdtp， int flag， int argc， char *const argv［］）

-bootz_start（）

--bootm_find_images（int flag， int argc， char *const argv［］， ulong start，ulong size）

---boot_get_fdt（flag， argc， argv， IH_ARCH_DEFAULT， &images，&images.ft_addr， &images.ft_len）;

u-boot-v2021.04/common/image-fdt.c

gd-》bd-》bi_boot_params 方式

这种属于比较古老的一种方式了，目前基本不会采用。bi_boot_params 是一个存放内核启动参数的地址，通常是在板级初始化中进行指定。

代码执行到此处，r2 是否为预期的值，一是可以通过打印的方式、再有使用调试工具连上去确认。

kernel 对设备树的解析

解析分两个阶段，第一阶段进行校验以及启动参数的再调整；第二阶段完成设备树的解压，也就是将设备树由 FDT 变成 EDT，创建 device_node。

第一阶段

kernel 启动日志中与设备树相关的第一条打印如下，也就是打印出当前硬件设备的模型名，“OF： fdt： Machine model： V2P-CA9”

Booting Linux on physical CPU 0x0

Linux version 5.4.124 （qemu@qemu） （gcc version 6.5.0 （Linaro GCC 6.5-2018.12）） #3 SMP Fri Jun 25 1502 CST 2021

CPU： ARMv7 Processor ［410fc090］ revision 0 （ARMv7）， cr=10c5387d

CPU： PIPT / VIPT nonaliasing data cache， VIPT nonaliasing instruction cache

OF： fdt： Machine model： V2P-CA9

这个模型名是在设备树文件的头部定义的，定义当前设备的总体名称。

// SPDX-License-Identifier： GPL-2.0/*

* ARM Ltd. Versatile Express

*

* CoreTile Express A9x4

* Cortex-A9 MPCore （V2P-CA9）

*

* HBI-0191B

*/

/dts-v1/;

#include “vexpress-v2m.dtsi”

/ {

model = “V2P-CA9”;

。。。

}

但这并不是 kernel 对设备树第一次进行处理的地方。在此之前已有其他的操作。函数调用栈如下：

setup_arch（char **cmdline_p） arch/arm/kernel/setup.c

atags_vaddr = FDT_VIRT_BASE（__atags_pointer）;

setup_machine_fdt（void *dt_virt） arch/arm/kernel/devtree.c

early_init_dt_verify（）

of_flat_dt_match_machine（） drivers/of/fdt.c

early_init_dt_scan_nodes（）;

__machine_arch_type = mdesc-》nr;

第 2 行、__atags_pointer 是 dtb 在内存中的地址，这个地址在汇编阶段（若镜像为 zImage，那么在解压缩阶段就完成了）便获取到了。由于执行到 setup_arch 时 mmu 已经使能并且 4K 的段页表也已经完成了映射，而 U-Boot 传递给 kernel 的设备树 fdt 地址属于物理地址，因此需要将物理地址转换成虚拟地址。

head-common.S

.align 2

.type __mmap_switched_data， %object

__mmap_switched_data：

#ifdef CONFIG_XIP_KERNEL#ifndef CONFIG_XIP_DEFLATED_DATA

.long _sdata @ r0

.long __data_loc @ r1

.long _edata_loc @ r2

#endif

.long __bss_stop @ sp （temporary stack in .bss）

#endif

.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

第一阶段对设备树的配置主要包括：

A 对 dtb 文件进行 crc32 校验，检测设备树文件是否合法 early_init_dt_verify（）

B early_init_dt_scan_nodes（）

/* Retrieve various information from the /chosen node */

of_scan_flat_dt（early_init_dt_scan_chosen， boot_command_line）;

/* Initialize {size，address}-cells info */

of_scan_flat_dt（early_init_dt_scan_root， NULL）;

/* Setup memory， calling early_init_dt_add_memory_arch */

of_scan_flat_dt（early_init_dt_scan_memory， NULL）;

C 更新__machine_arch_type

D 更新 chosen

上面这个 chosen 信息可以在 kernel 起来后再次查看做了哪些修改。

第二阶段

第二阶段单纯的是将设备树 ABI 文件进行解压缩，由 FDT 变成 EDT，生成相应的 device_node 结点。这个阶段的函数调用栈如下：

unflatten_device_tree（）;

*__unflatten_device_tree（）

/* First pass， scan for size */

size = unflatten_dt_nodes（blob， NULL， dad， NULL）;

/* Second pass， do actual unflattening */

unflatten_dt_nodes（blob， mem， dad， mynodes）;

unflatten_dt_nodes（）

populate_node（）

device_nodes 结点如下：

device_node 创建完成后，kernel 创建 platform_device 时依据这个阶段完成的工作情况进行对应的设备注册，供驱动代码使用。

编辑：jq