Linux设备树的传递以及Kernel中对设备树的解析

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*/
staticvoidboot_jump_linux(bootm_headers_t*images,intflag)
{
…
debug("##TransferringcontroltoLinux(ataddress%08lx)"\\
"…\\n",(ulong)kernel_entry);
bootstage_mark(BOOTSTAGE_ID_RUN_OS);
announce_and_cleanup(fake);
if(IMAGE_ENABLE_OF_LIBFDT&&images->ft_len)
r2=(unsignedlong)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。

/*
*LegacyandFITformatheadersusedbydo_bootm()anddo_bootm_<os>()
*routines.
*/
typedefstructbootm_headers{
…
char*ft_addr;/*flatdevtreeaddress*/
ulongft_len;/*lengthofflatdevicetree*/
…
}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(structcmd_tbl*cmdtp,intflag,intargc,char*constargv[])
-bootz_start()
–bootm_find_images(intflag,intargc,char*constargv[],ulongstart,ulongsize)
—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" 。

BootingLinuxonphysicalCPU0x0
Linuxversion5.4.124(qemu@qemu)(gccversion6.5.0(LinaroGCC6.5-2018.12))#3SMPFriJun2515:26:02CST2021
CPU:ARMv7Processor[410fc090]revision0(ARMv7),cr=10c5387d
CPU:PIPT/VIPTnonaliasingdatacache,VIPTnonaliasinginstructioncache
OF:fdt:Machinemodel: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
/*
*ARMLtd.VersatileExpress
*
*CoreTileExpressA9x4
*Cortex-A9MPCore(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。