Device Tree (DT)是一種用來描述系統中硬體設備的方法,例如描述 UART 如何與系統介接,接腳定義,啟用與否,使用何種驅動程式等等。

過去數年,各式各樣硬體架構的 Linux 設備蓬勃快速發展,特別是 ARM 架構系統,然而百家爭鳴的場面,加上 ARM 社群無人出面整合,各方的開發者經常隨意的修改並要求 Kernel pull request,讓 Torvalds 大老還因此動怒,因此 BeagleBone 開發人員便實作了 Device Tree 方法,來處理這些硬體設備。

BeagleBone Black 從 Linux Kernel 3.8 後開始使用 Device Tree,底下來實際看看一個 BB-UART1 DT 檔案內容,如何設定使用 BBB 的 P9_24 與 P9_26 來作為 UART 接腳。

/dts-v1/;
/plugin/;

DT overlay 檔案中的前兩行說明此 dts 檔案的版本,並說明這是一個 plugin。

/ {

接下來的大括號描述此 DT 的根節點(root node)。

compatible = "ti,beaglebone", "ti,beaglebone-black";

"compatible" 說明此 DT 設計用來在何種硬體平台使用,從最相容到最少相容依序排列。

/* identification */
part-number = "BB-UART1";
version = "00A0"; 

part-number 與 version 進一步確保載入適當的 DT overlays。

/* state the resources this cape uses */
    exclusive-use =
            /* the pin header uses */
            "P9.24",        /* uart1_txd */
            "P9.26",        /* uart1_rxd */
            /* the hardware ip uses */
            "uart1";

exclusive-use 描述需要的資源,防止其他 overlays 使用這些資源,例如這裏指定的 UART1 TX 與 RX 分別使用 P9.24 與 P9.26 針腳。

接下來是 device tree 片段,描述要 overlay 哪個 target,例如底下指定的 am33x_pinmux,相容於 pinctrl-single driver(?)

__overlay__ 節點中的第一項屬性為 bb_uart1_pins,包含針腳的定義,以便供 pinctrl-single driver 使用。

[email protected] {
            target = <&am33xx_pinmux>;
            __overlay__ {
                    bb_uart1_pins: pinmux_bb_uart1_pins {
                            pinctrl-single,pins = <
                                    0x184 0x20 /* P9.24 uart1_txd.uart1_txd MODE0 OUTPUT (TX)  */
                                    0x180 0x20 /* P9.26 uart1_rxd.uart1_rxd MODE0 INPUT (RX)  */
                            >;
                    };
            };
    };

最後一段用來啟動 uart 設備,指定 uart2 與相對應的 pin (bb_uart1_pins)。

/lib/firmware 目錄中可以查看許多的 DT overlays 檔案,dts 為原始檔,dtbo則為已編譯檔。而目前系統中已透過 bone cape manager 啟用中的 overlays 則位於 /sys/devices/bone_capemgr.* 註:(Jessie 版本改至 /sys/devices/platform/bone_capemgr/下)

[email protected]:/lib/firmware# cd /sys/devices/bone_capemgr.*

會用 * 的原因為,有時會因啟動順序而改變。接著查看其中的 slots 檔案:

[email protected]:/sys/devices/bone_capemgr.8# cat slots

會出現如下的內容:

0: 54:PF--- 
1: 55:PF--- 
2: 56:PF--- 
3: 57:PF--- 
4: ff:P-O-L Bone-LT-eMMC-2G,00A0,Texas Instrument,BB-BONE-EMMC-2G
5: ff:P-O-L Bone-Black-HDMI,00A0,Texas Instrument,BB-BONELT-HDMI

前三個 slots 是由 capes 的 EEPROM IDs 指定,接下來兩個是開機時載入,第 4 項為板子內建的 EMMC 記憶體,第 5 項用來啟用 HDMI component。

接著來嘗試載入 UART1 overlay,剛剛在 /lib/firmware 目錄中可查得 uart1 的 overlay dtbo 檔名為 BB-UART1.dtbo,因此我們可以如此做:

[email protected]:/sys/devices/bone_capemgr.8# echo BB-UART1 > slots

此動作會使用 overlay 來啟用 UART1 設備與驅動程式,確認一下:

[email protected]:/sys/devices/bone_capemgr.8# cat slots

0: 54:PF--- 
1: 55:PF--- 
2: 56:PF--- 
3: 57:PF--- 
4: ff:P-O-L Bone-LT-eMMC-2G,00A0,Texas Instrument,BB-BONE-EMMC-2G
5: ff:P-O-L Bone-Black-HDMI,00A0,Texas Instrument,BB-BONELT-HDMI
6: ff:P-O-L Override Board Name,00A0,Override Manuf,BB-UART1

要手動卸載時,在項目號碼前加上 - 號,echo 進 slots 檔案中:

[email protected]:/sys/devices/bone_capemgr.8# echo -6 > slots

上述手動載入的 overlay 會在重開機即消失,要在開機時自動載入,必須修改 /boot/uEnv.txt 檔案,加入此行:

capemgr.enable_partno=BB-UART1

編譯新的 Device Tree

有時需要加入原始系統中沒有的 DT overlays,需要自己將 dts 檔編譯成 dtbo 檔,例如底下 Adafruit 的 SPI bus overlay,方法如下:

dtc -O dtb -o ADAFRUIT-SPI0-00A0.dtbo -b 0 [email protected] ADAFRUIT-SPI0-00A0.dts

系統中如果沒有 dtc 編譯器,可至此處下載:

wget -c https://raw.githubusercontent.com/RobertCNelson/tools/master/pkgs/dtc.sh
chmod +x dtc.sh
./dtc.sh