linux 设备树详解-高级部分《Rice 学习开发》

《基本概念》

高级模型机

现在，我们已经掌握了基本的定义，接下来让我们往模型机里添加一些硬件，以讨论一些更复杂的用例。

高级模型机添加了一个 PCI 主桥，其控制寄存器映射到内存0x10180000，并且 BARs 编程至以地址 0x80000000 为起始。

既然关于设备树我们已经有所了解了，那么我们就从以下所示新增加的节点来介绍 PCI 主桥。

pci@10180000 {
    compatible = "arm,versatile-pci-hostbridge", "pci";
    reg = <0x10180000 0x1000>;
    interrupts = <8 0>;
};

PCI主桥

注，本节将假定读者了解 PCI 的一些基本知识。本文并不是 PCI 教程，想要了解更深入的信息，请阅读 [1]。你也可以参考 ePAPR 或 PCI Bus Binding to Open Firmware（http://playground.sun.com/1275/bindings/pci/pci2_1.pdf）。还可以访问 http://devicetree.org/MPC5200:PCI，这里可以找到 Freescale MPC5200 的一个完整工作的例子

PCI 总线编号

每个 PCI 总线段都是唯一编号的，并且总线的编号是通过使用 bus-ranges 属性在 pci 节点中暴露出来的，这个属性有两个 cell。第一个 cell 给出分配给该节点的总线号；第二个 cell 给出任何次级 PCI 总线最大总线号。

模型机只有一个 pci 总线，所以两个 cell 都是 0。

pci@0x10180000 {
    compatible = "arm,versatile-pci-hostbridge", "pci";
    reg = <0x10180000 0x1000>;
    interrupts = <8 0>;
    bus-ranges = <0 0>;
};

PCI 地址转换

类似于前面所描述的本地总线，PCI 地址空间和 CPU 地址空间是完全分离的，所以需要一个从 PCI 地址到 CPU 地址的转换。同样，完成这样的转换将使用 ranges、#address-cells 和 #size-cells 属性。

pci@0x10180000 {
    compatible = "arm,versatile-pci-hostbridge", "pci";
    reg = <0x10180000 0x1000>;
    interrupts = <8 0>;
    bus-ranges = <0 0>;

    #address-cells = <3>
    #size-cells = <2>;
    ranges = <0x42000000 0 0x80000000 0x80000000 0 0x20000000
              0x02000000 0 0xa0000000 0xa0000000 0 0x10000000
              0x01000000 0 0x00000000 0xb0000000 0 0x01000000>;
};

正如你所看到的，子地址（PCI 地址）使用 3 个 cell，同时 PCI rangs 被编码为 2 个 cell。那么第一个问题就可能是，为什么我们要用三个 32 位 cell 去指定一个 PCI 地址？这三个 cell 分别标记了 phys.hi、phys.mid 和 phys.low[2]。

■ phys.hi cell: npt000ss bbbbbbbb dddddfff rrrrrrrr

■ phys.mid cell: hhhhhhhh hhhhhhhh hhhhhhhh hhhhhhhh

■ phys.low cell: llllllll llllllll llllllll llllllll

PCI 地址是 64 位的，并编码进了 phys.mid 和 phys.low。然而真正有意思的是在 phys.high 里面，这是一个位域。

n：重定位区域标志（在这里不起作用）

p：预取（可缓存）区标志

t：地址别名标志（在这里不起作用）

ss：空间代码

00：配置空间

01：I/O 空间

10：32 位内存空间

11：64 位内存空间

bbbbbbbb：PCI 总线号。PCI 可以是分层结构，所以我们可能有 PCI/PCI 桥，这可以定义子总线。

ddddd：设备号，通常与 IDSEL 型号相关联。

fff：功能号。用于多功能 PCI 设备。

rrrrrrrr：寄存器号，用于配置周期。

对于 PCI 地址转换来说，p 和 ss 是最重要的字段。在 phys.hi 里的 p 和 ss 的值决定了访问哪个 PCI 地址空间。因此，通过查找 ranges 属性，我们将得到三个区域。

1. 以 PCI 地址 0x80000000 开始的一个 512 MByte 32 位预取存储区，该区域将映射到主机 CPU 地址 0x80000000。
2. 以 PCI 地址 0xa0000000 开始的一个 265 MByte 32 位非预取存储区，该区域将映射到主机 CPU 地址 0xa0000000。
3. 以 PCI 地址 0x00000000 开始的一个 16 MByte I/O 区，该区域将映射到主机 CPU 地址 0xb0000000。

为阻止这些工作，phys.hi 位域的存在就意味着操作系统必须知道该节点代表了一个 PCI 桥，这样操作系统才能为了地址转换而忽略那些不相关的字段。为了判断应该掩码哪些额外的字段，操作系统需要在 PCI 总线节点中寻找“pci”字符串。

高级中断映射

现在我们来到了最有趣的部分，PCI 中断映射。一个 PCI 设备可以使用引线 #INTA、#INTB、#INTC 和 #INTD 来触发中断。如果我们没有多功能 PCI 设备，那么设备中断必须使用 #INTA。然而，每个 PCI 插槽或设备通常会连接到中断控制器上不同的输入端。所以设备树需要一种能将各个 PCI 中断信号映射到中断控制器的途径。#interrupt-cells、interrupt-map 和 interrupt-map-mask 属性就被用来描述这个中断映射。

这里所描述的中断映射并不仅仅局限于 PCI 总线，事实上，任何节点都可以指定复杂的中断映射，但 PCI 是最常见的情况。

pci@0x10180000 {
    compatible = "arm,versatile-pci-hostbridge", "pci";
    reg = <0x10180000 0x1000>;
    interrupts = <8 0>;
    bus-ranges = <0 0>;

    #address-cells = <3>
    #size-cells = <2>;
    ranges = <0x42000000 0 0x80000000  0x80000000  0 0x20000000
              0x02000000 0 0xa0000000  0xa0000000  0 0x10000000
              0x01000000 0 0x00000000  0xb0000000  0 0x01000000>;

    #interrupt-cells = <1>;
    interrupt-map-mask = <0xf800 0 0 7>;
    interrupt-map = <0xc000 0 0 1&intc  9 3 // 1st slot
                     0xc000 0 0 2&intc10 3
                     0xc000 0 0 3&intc11 3
                     0xc000 0 0 4&intc12 3

                     0xc800 0 0 1&intc10 3 // 2nd slot
                     0xc800 0 0 2&intc11 3
                     0xc800 0 0 3&intc12 3
                     0xc800 0 0 4&intc  9 3>;
};

首先你会发现，PCI 中断号只使用了一个 cell，不像系统中断控制器，它使用两个 cell，一个用于中断号，另一个用于标志。PCI 中断只使用了一个 cell，因为 PCI 中断确定为始终是低电平触发。

在这个示例板上，我们有 2 个分别包含 4 个中断线的 PCI 插槽，所以我们需要映射 8 个中断线到中断控制器上。这已经在 interrupt-map 属性中完成了。关于中断映射的具体步骤请参考 [3]。

因为要区分单一 PCI 总线上的若干 PCI 设备中断号（#INA 等）是不够用的，所以我们还需要指出是哪个 PCI 设备触发了中断线。幸运的是我们还可以使用每个设备所拥有的唯一设备号。为了区分这些 PCI 设备，我们需要一个元组，该元组由 PCI 设备号和 PCI 中断号组成。通俗的说，我们构造了由四个 cell 组成的设备中断指示符。

三个 #address-cells 由 phys.hi、phys.mid、phys.low 组成，然后

一个 #interrupt-cell（#INTA、#INTB、#INTC、#INTD）

因为我们只需要 PCI 地址中的设备号部分，所以 interrupt-map-mask 发挥了作用。interrupt-map-mask 也是 4 元组，就像设备中断指示符一样。掩码的第一部分指出我们应该考虑设备中断指示符中哪一部分。在本例中，我们可以看到在 phys.hi 中只需要设备号部分，另外我们还需要 3 位来区分四个中断线（PCI 中断线是从 1 开始计数的，不是 0！）。

现在。我们可以构建 interrupt-map 属性了。该属性是一个表，这个表的每一项都由一个子（PCI 总线）设备中断指示符、一个父句柄（用于中断服务的中断控制器）和一个父设备中断指示符组成。因此，在第一行中我们可以知道 PCI 中断 #INTA 将被映射到中断控制器的 IRQ 9，并且是低电平有效。[4] 目前为止，唯一没有讨论的就是 PCI 总线设备中断指示符里古怪的数字了。来自 phys.hi 位域的设备号是设备中断指示符中的重要组成部分。设备号是平台特定的，并取决于 PCI 主控制器如何激活各个设备的 IDSEL 管脚。在本例中，PCI slot 1 分配设备 id 24（0x18）,PCI slot 2 分配设备 id 25（0x19）。每个 slot 的 phys.hi 值是通过将设备号左移 11 位至位域的 ddddd 段得到的，就像下面：

slot 1 的 phys.hi 就是 0xC000，并且slot 2 的 phys.hi 就是 0xC800。

把这些放在一起之后，interrupt-map 属性就显示为：

1. 在主中断控制器上 slot 1 的 #INTA 是 IRQ9，低电平触发
2. 在主中断控制器上 slot 1 的 #INTB 是 IRQ10，低电平触发
3. 在主中断控制器上 slot 1 的 #INTC 是 IRQ11，低电平触发
4. 在主中断控制器上 slot 1 的 #INTD 是 IRQ12，低电平触发
5. 在主中断控制器上 slot 2 的 #INTA 是 IRQ10，低电平触发
6. 在主中断控制器上 slot 2 的 #INTA 是 IRQ11，低电平触发
7. 在主中断控制器上 slot 2 的 #INTA 是 IRQ12，低电平触发
8. 在主中断控制器上 slot 2 的 #INTA 是 IRQ9，低电平触发

属性 interrupts = <8 0>; 描述了主控制器或 PCI 桥控制器本身有可能触发中断。不要与 PCI 设备触发的中断（使用 INTA，INTB，...）告混了。

最后需要注意的事。就像 interrupt-parent 属性一样，节点中 interrupt-map 属性的存在将改变子节点和孙节点的默认中断控制器。在这个 PCI 示例中，这意味着 PCI 主桥变成了默认中断控制器。如果一个通过 PCI 总线连接的设备同时还直接连接至另一个中断控制器，这时就需要指定它自己的 interrupt-parent 属性。

内容参考资料书写。