往期内容
总线：
设备树：
前言
主要讲解的是嵌入式系统中如何通过设备树（Device Tree）进行扫描，完成硬件平台的识别和运行时参数的传递过程。内容涵盖了ARM架构下bootloader如何通过寄存器传递设备树地址，内核启动时如何解析设备树中的compatible字符串找到对应的硬件平台描述符（machine descriptor），以及如何通过设备树的/chosen节点获取启动参数（如命令行参数、内存布局）并初始化内核的内存管理。这种流程帮助内核自动适应不同硬件平台，提升可移植性。
1. 汇编部分的启动参数传递
在ARM架构上，内核的启动依赖于bootloader传递的几个关键寄存器值。汇编代码中的启动要求：
- r0 = 0：保留，必须为0。
- r1 =
machine type ID：标识具体的硬件平台。 - r2 =
atags（旧方法）或device tree binary（DTB）的内存地址。
这里 r2 可以是指向传统的 atags 数据结构（旧的方式），也可以是指向设备树文件（DTB）的地址。设备树是以二进制文件的形式存储在内存中的，bootloader 将其加载并通过 r2 传递给内核。
汇编代码的作用
启动时，bootloader将这些寄存器设置好后，把控制权交给内核的启动代码，这些代码位于 linux/arch/arm/kernel/head.S 和 head-common.S 文件中。关键的任务是将 r1 和 r2 的值保存到内核的变量中，方便后续的C代码处理。这两个值会被保存在以下两个变量中：
__machine_arch_type：保存r1，即machine type ID。__atags_pointer：保存r2，即指向DTB或atags的指针。
在汇编阶段，这些信息只是简单地保存下来，实际的解析和使用会在C代码部分进行。
2. 内核 C 代码中 setup_arch 的处理
setup_arch 是启动过程中内核进行硬件平台初始化的入口函数。它的主要任务包括：
- 确定硬件平台的类型（即确定用哪个
machine descriptor描述符）。 - 解析从bootloader传递的参数（例如命令行参数、内存布局等）。
下面看具体的C代码：Linux-4.9.88\arch\arm\kernel\setup.csetup.c
void __init setup_arch(char **cmdline_p)
{
const struct machine_desc *mdesc;
// 尝试通过设备树（DTB）查找合适的 machine 描述符
mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer);
if (!mdesc)
// 如果没有找到合适的 machine，使用传统的 tags 方法查找
mdesc = setup_machine_tags(__atags_pointer, __machine_arch_type);
// 保存找到的 machine 描述符
machine_desc = mdesc;
machine_name = mdesc->name;
}
步骤解析：
- 尝试通过设备树匹配平台：内核首先调用
setup_machine_fdt函数，根据__atags_pointer指向的DTB文件解析设备树，并找到一个合适的machine descriptor（平台描述符）。 - 如果DTB无法匹配：如果通过DTB文件找不到合适的平台描述符，则退回到传统的方式
setup_machine_tags，使用machine type ID和atags查找平台信息。 - 保存匹配的结果：无论通过DTB还是传统方式，最终都会得到一个
machine descriptor，保存到全局变量machine_desc中，用来标识当前系统运行在哪个硬件平台上。
3. 平台识别（Machine Descriptor匹配）
setup_machine_fdt 函数的任务是通过DTB文件的 compatible 字符串，找到合适的硬件平台描述符。代码如下：Linux-4.9.88\arch\arm\kernel\devtree.cdevtree.c
setup_arch----->setup_machine_fdt:
const struct machine_desc * __init setup_machine_fdt(unsigned int dt_phys)
{
const struct machine_desc *mdesc, *mdesc_best = NULL;
// 如果DTB指针无效，或者DTB扫描失败，返回NULL
if (!dt_phys || !early_init_dt_scan(phys_to_virt(dt_phys)))
return NULL;
// 根据 compatible 字符串匹配最合适的 machine descriptor
mdesc = of_flat_dt_match_machine(mdesc_best, arch_get_next_mach);
if (!mdesc) {
// 错误处理
}
// 修改 machine type ID 以匹配找到的 machine 描述符
__machine_arch_type = mdesc->nr;
return mdesc;
}
解析：
- early_init_dt_scan：这是解析DTB文件的核心函数之一，负责扫描DTB文件中的节点信息，包括
compatible字符串。 - of_flat_dt_match_machine：该函数负责将从DTB解析出来的
compatible字符串与内核中静态定义的machine descriptor列表中的compatible字符串进行匹配。machine descriptor是内核用来描述不同硬件平台的结构体，包含了每个平台的compatible字符串和其他硬件信息。
例子：
假设你的硬件平台在设备树中定义的 compatible 字符串为 "samsung,s3c2410", 内核会去扫描所有定义了 samsung,s3c2410 作为 compatible 字符串的平台描述符，找到最匹配的一个。
一旦找到匹配的平台描述符，内核会保存该描述符，并更新 machine type ID 为找到的描述符的编号。
4. 运行时参数传递
除了识别硬件平台之外，设备树还承担了传递运行时参数的任务。例如，bootloader会将启动时的命令行参数（bootargs）和内存布局等信息通过DTB传递给内核。
设备树的 /chosen 节点 是专门用来存储这些启动信息的。内核在启动时会扫描DTB中的 /chosen 节点，提取运行时参数，并保存到相应的全局变量中。以下是相关代码：\Linux-4.9.88\drivers\of\fdt.c fdt.c
bool __init early_init_dt_scan(void *params)
{
bool status;
// 验证设备树的有效性
status = early_init_dt_verify(params);
if (!status)
return false;
// 扫描设备树的所有节点
early_init_dt_scan_nodes();
return true;
}
bool __init early_init_dt_verify(void *params)
{
if (!params)
return false;
// 检查设备树头部的有效性
if (fdt_check_header(params))
return false;
// 保存设备树的指针
initial_boot_params = params;
// 计算设备树的 CRC32 校验码，用于数据完整性检查
of_fdt_crc32 = crc32_be(~0, initial_boot_params,
fdt_totalsize(initial_boot_params));
return true;
}
void __init early_init_dt_scan_nodes(void)
{
// 从 /chosen 节点中提取启动参数（如 bootargs）
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_chosen, boot_command_line);
// 初始化设备树的 {size,address}-cells 属性
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_root, NULL);
// 扫描 memory 节点，设定内存区域信息
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_memory, NULL);
}
解析：
early_init_dt_verify： 这个函数负责验证设备树是否有效，并将其指针保存为全局变量。 保存DTB的指针，以便后续访问DTB文件中的节点。
fdt_check_header(params)：这是一个标准函数，用来检查设备树头部的魔数和格式是否正确，确保传递的params符合设备树的格式。如果设备树无效，函数返回false，停止后续处理。*initial_boot_params = params：验证成功后，将params保存到全局变量initial_boot_params，以便在其他地方可以访问设备树内容。crc32_be()：计算设备树的校验和of_fdt_crc32，这在后续处理中可能会用来验证设备树数据的完整性。
early_init_dt_scan_nodes： 该函数的作用是扫描设备树中的各个节点，提取与运行时参数、内存布局等相关的重要信息。
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_chosen, boot_command_line)：- 该调用扫描设备树的
/chosen节点，提取引导参数（如bootargs）。 bootargs是运行时传递给内核的命令行参数，如根文件系统位置、内核启动参数等。- 提取的信息会保存到全局变量
boot_command_line中，供后续内核启动使用。
- 该调用扫描设备树的
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_root, NULL)：- 这一步扫描设备树根节点，提取与
size-cells和address-cells相关的信息。 size-cells和address-cells是设备树中的两个重要属性，决定了地址和尺寸的表示方式（例如，使用几个字节表示内存的地址和大小）。
- 这一步扫描设备树根节点，提取与
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_memory, NULL)：- 该调用扫描
memory节点，提取系统的物理内存布局，并调用early_init_dt_add_memory_arch来设置内存区域。 - 这一步是设定物理内存信息的关键步骤。
- 该调用扫描
整个流程的核心工作包括设备树验证和节点扫描，其中 /chosen 节点负责传递引导参数（如 bootargs），/memory 节点负责定义系统的内存布局。
运行时参数传递流程总结：
- 引导参数：通过扫描
/chosen节点，从中提取bootargs等关键的启动参数（例如内核启动时的命令行参数），并保存到全局变量boot_command_line中。 - 内存布局：通过扫描
/memory节点，提取物理内存信息，并设置内存区域。这一步确保内核知道物理内存的分布，为后续内存管理做准备。 - 数据验证：通过
early_init_dt_verify对设备树的头部进行检查，并通过crc32_be验证设备树数据的完整性。
5. 内存布局的传递
在ARM架构上，内核需要知道系统的物理内存布局（即内存的起始地址和大小）。通过Device Tree，bootloader可以在设备树中的 /memory 节点传递这些信息。内核通过解析这个节点，将内存信息保存到全局变量 meminfo 中。
/* 扫描设备树中的 /memory 节点，提取内存信息 */
of_scan_flat_dt(early_init_dt_scan_memory, NULL);
这一步是获取系统内存布局信息的核心，确保内核知道系统中的物理内存位置和大小。
6. 大概
- 汇编部分：bootloader通过寄存器传递硬件平台的
machine type ID和设备树的地址。 - 内核C代码的
setup_arch：通过DTB的compatible字符串匹配平台描述符，识别当前运行的硬件平台。 - 运行时参数传递：通过扫描设备树的
/chosen节点，内核提取启动命令行参数bootargs，并保存内存布局信息。
通过这种方式，Linux内核能够使用Device Tree文件在启动时自动识别硬件平台，并传递运行时参数，从而减少对硬件平台的依赖，提升了内核的可移植性。