Linux設備樹的傳遞以及Kernel中對設備樹的解析
當 U-Boot 將設備樹加載到內存指定位置后，ARM 內核的 SoC 以通用寄存器 r2 來傳遞 dtb 在內存中的地址。kernel 獲取到該地址后對 dtb 文件做進一步的處理。
設備樹的傳遞
當使用 bootm 加載 kernel 鏡像時（bootz 是對 bootm 的一種封裝以及功能擴展，實質一樣）。U-Boot 跳轉到 kernel 的入口函數是 boot_jump_linux
這個函數的 C 文件在 arch/arm/lib 下，說明設備樹的傳遞的方式是與 SoC 架構相關的。不同的 SoC 在 bring-up 時，這個函數格外重要，這是 U-Boot 與 kernel 之間銜接、交互信息的一個關鍵 API。U-Boot 的這個函數執行結束后，將 CPU 的控制權完整的交給 kernel。
- /* Subcommand: GO */
- static void boot_jump_linux(bootm_headers_t *images, int flag)
- {
- ...
- debug("## Transferring control to Linux (at address %08lx)" \
- "...\n", (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 作為存放設備樹地址的寄存器，其取值有兩種方式，分別是例化 bootm_header_t 這個數據結構的 ft_addr，以及利用 U-Boot 的板級啟動參數作為設備樹的地址。
bootm_header_t 方式
數據結構 bootm_header_t 的定義如下，供各種內核的 SoC 使用，每家廠商根據自己 CPU 的特點對各個成員進行不同的例化。
- /*
- * 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 需支持設備樹以及文件非空。
ft_len 以及 ft_addr 屬于 bootm_header_t，在 U-Boot 解析鏡像文件時，實例化這兩個成員。函數調用棧如下：
- 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
這種屬于比較古老的一種方式了，目前基本不會采用。bi_boot_params 是一個存放內核啟動參數的地址，通常是在板級初始化中進行指定。
代碼執行到此處，r2 是否為預期的值，一是可以通過打印的方式、再有使用調試工具連上去確認。
kernel 對設備樹的解析
解析分兩個階段，第一階段進行校驗以及啟動參數的再調整；第二階段完成設備樹的解壓，也就是將設備樹由 FDT 變成 EDT，創建 device_node。
第一階段
kernel 啟動日志中與設備樹相關的第一條打印如下，也就是打印出當前硬件設備的模型名，"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 15:26:02 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
這個模型名是在設備樹文件的頭部定義的，定義當前設備的總體名稱。
- // 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";
- ...
- }
但這并不是 kernel 對設備樹第一次進行處理的地方。在此之前已有其他的操作。函數調用棧如下：
- 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 在內存中的地址，這個地址在匯編階段（若鏡像為 zImage，那么在解壓縮階段就完成了）便獲取到了。由于執行到 setup_arch 時 mmu 已經使能并且 4K 的段頁表也已經完成了映射，而 U-Boot 傳遞給 kernel 的設備樹 fdt 地址屬于物理地址，因此需要將物理地址轉換成虛擬地址。
- 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
第一階段對設備樹的配置主要包括：
A 對 dtb 文件進行 crc32 校驗，檢測設備樹文件是否合法 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
上面這個 chosen 信息可以在 kernel 起來后再次查看做了哪些修改。
第二階段
第二階段單純的是將設備樹 ABI 文件進行解壓縮，由 FDT 變成 EDT，生成相應的 device_node 結點。這個階段的函數調用棧如下：
- 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 結點如下：
device_node 創建完成后，kernel 創建 platform_device 時依據這個階段完成的工作情況進行對應的設備注冊，供驅動代碼使用。
