RK3399 探索之旅 / 设备树速读 / Soc 基础设施_ZNDS问答

lihuiwell

哈喽，老吴又来分享学习心得啦。目前我已经从 hardware enable 工程师升级为 dts 工程师了。
1. 简介

思考一下，bringup 一款 Soc 的最小操作包括哪些？

添加 Soc 层次的 Device Tree (arch/arm64/boot/dts/);
添加 Timer driver (drviers/clksource/);
添加 Interrupt controller driver (drivers/irqchip);
添加 Serial port driver (drivers/tty/serial);

完成上面 4 个步骤后，就有机会启动系统进入命令行终端了。
接下来需要完善什么？

添加 Pin muxing control driver (drivers/pintrl);
添加 Clocks driver (drivers/clk/);
添加 GPIO driver (drivers/gpio/);
添加 SMP 的支持;
添加 Network driver;
添加各种 controller driver;
添加各种 device driver;

本文会顺着上述思路，快速地浏览一下 NanoPC-T4 这块单板的设备树里 Soc 基础设施。
2. 查看 Soc 框图

rk3399 大致包括 7 个部分：

ARM Processor
System Peripheral
Multi-Media Processor
Connectivity
Multi-Media Interface
External Memory Interface
Embedded Memory

阅读设备树时，Soc 框图可以协助我们确定好每个节点的定位和功能。
3. 确定 dts 文件关系

dts 文件关系图：

rk3399-nanopi4-rev00.dts 和 rk3399-nanopi4-common.dtsi 用于描述板级信息;
rk3399.dtsi 等剩下的文件用于描述 Soc 信息;
4. 汇总完整的 dts 节点

完整的 dts 节点图：

5. 查看 Soc 基础设施

5.1 cpus 节点

cpus {
#address-cells = <2>;
#size-cells = <0>;

cpu-map {
      cluster0 {
         core0 {
            cpu = <&cpu_l0>;
         };
         ...
         core3 {
            cpu = <&cpu_l3>;
         };
      };

      cluster1 {
         core0 {
            cpu = <&cpu_b0>;
         };
         core1 {
            cpu = <&cpu_b1>;
         };
      };
};
cpu_l0: cpu@0 {
      device_type = &#34;cpu&#34;;
      compatible = &#34;arm,cortex-a53&#34;, &#34;arm,armv8&#34;;
      ...
};
...
cpu_b0: cpu@100 {
      device_type = &#34;cpu&#34;;
      compatible = &#34;arm,cortex-a72&#34;, &#34;arm,armv8&#34;;
};
...
}简单说明：

rk3399 有 4 个 a53 小核和 2 个 a72 大核。在 ARM 架构中，cpus 节点用于描述 cpu 核心的布局，cpus 节点下的每一台 cpu 节点代表一台 cpu 核心，上述设备树描述了。
cpu-map 节点用于描述 ARM cpu 的拓扑结构，SMP 处理器才需要这个节点。
cpu-map 可包含３种类型的实体：cluster(集群) / core / thread，cluster 里可以包含 1 个或多个 cluster/core。

相关代码：

暂不关心，待定;

相关文档：

Documentation/devicetree/bindings/arm/cpus.txt
Documentation/devicetree/bindings/arm/topology.txt

相关接口：

/sys/devices/system/cpu，所有 cpu 相关的信息和支持的操作都在这个目录下。

5.2 clock controller 节点

/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399.dtsi

cru: clock-controller@ff760000 {
compatible = &#34;rockchip,rk3399-cru&#34;;
reg = <0x0 0xff760000 0x0 0x1000>;
#clock-cells = <1>;
#reset-cells = <1>;
assigned-clocks = ...;
assigned-clock-rates = ...;
};
/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3399.dtsi

pmucru: pmu-clock-controller@ff750000 {
compatible = &#34;rockchip,rk3399-pmucru&#34;;
reg = <0x0 0xff750000 0x0 0x1000>;
#clock-cells = <1>;
#reset-cells = <1>;
assigned-clocks = ...;
assigned-clock-rates = ...;
};简单说明：

rk3399 的 clock controller 包括 cru 和 pmucru 2部分，cru 是 clock & reset unit 的缩写，pmu 是 power management unit 的缩写。
clock controller 负责生成时钟并将其提供给 SoC 中的各种控制器，并且还为 SoC 外设实现了reset controller。
cru 和 pmucru 都是 clock provider, #clock-cells 表明clock consumer 需要用多少个单元才能引用 cru/pmucru 提供的 clock。
通过 assigned-clocks 和 assigned-clock-rates 指定了一些 clock 的初始频率，包括 PLL、总线、VOP、GPU等。

相关文档：

Documentation/devicetree/bindings/clock/arm-integrator.txt
Documentation/devicetree/bindings/clock/rockchip,rk3399-cru.txt

相关代码：

drivers/clk/rockchip/clk-rk3399.c

相关接口：

/sys/kernel/debug/clk/clk_summary，用于查看时钟树

5.3 interrupt controller 节点

gic: interrupt-controller@fee00000 {
compatible = &#34;arm,gic-v3&#34;;
...
its: interrupt-controller@fee20000 {
      compatible = &#34;arm,gic-v3-its&#34;;
      #interrupt-cells = <4>;
      ...
      interrupt-controller;
      ...
};

ppi-partitions {
      ppi_cluster0: interrupt-partition-0 {
         affinity = <&cpu_l0 &cpu_l1 &cpu_l2 &cpu_l3>;
      };

      ppi_cluster1: interrupt-partition-1 {
         affinity = <&cpu_b0 &cpu_b1>;
      };
};
};简单说明：

rk3399 使用中断控制器是 gic-v3。
gic-v3 是 ARM Generic Interrupt Controller, version 3 的缩写，是一款 ARM 出品的通用中断控制器。
AArch64 SMP 内核通常与 GICv3 搭配使用，GICv3 提供了专用外设中断（PPI），共享外设中断（SPI），软件生成的中断（SGI）和特定于区域的外设中断（LPI）。
interrupt-controller 属性用于标志一台中断控制器节点，#interrupt-cells = <4> 表明 Interrupt client devices 需要用 4 个单元才能确定引用的中断，例如 interrupts = <GIC_PPI 13 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW 0>。

相关代码：

drivers/irqchip/irq-gic-v3.c

相关文档：

Documentation/devicetree/bindings/interrupt-controller/interrupts.txt
Documentation/devicetree/bindings/interrupt-controller/arm,gic.txt
Documentation/devicetree/bindings/interrupt-controller/arm,gic-v3.txt

相关接口：

/sys/kernel/irq

5.4 pin controller 节点

pinctrl: pinctrl {
compatible = &#34;rockchip,rk3399-pinctrl&#34;;
...

// 4 x gpio controller
gpio0: gpio0@ff720000 {
      compatible = &#34;rockchip,gpio-bank&#34;;
      ...
};
...

// lots of pin configuration nodes
...
i2c0 {
      i2c0_xfer: i2c0-xfer {
         rockchip,pins =
            <1 15 RK_FUNC_2 &pcfg_pull_none>,
            <1 16 RK_FUNC_2 &pcfg_pull_none>;
      };
};
...
}简单说明：

rk3399 的 pin controller 包括 2 个部分：4 个 gpio controller 节点 + 一堆的引脚配置子节点。
pin controller 负责提供配置引脚复用，驱动强度，上下拉的功能。
Soc 里的其他 controllers 或者 device drivers 通过引用 pin controller 里的引脚配置子节点来配置引脚，它们被称为 pinctrl client devices。
引脚配置子节点有 2 种类型：pin multiplexing(引脚复用) 和 pin configuration(引脚驱动强度、上下拉)。
rk3399 的 4.4 内核里 pinctrl 的 pin multiplexing 节点格式是 rockhip原厂自个定义的: rockchip,pins，在更高版本的内核里应该会被修改为更通用的方式： pins。

相关代码：

drivers/pinctrl/pinctrl-rockchip.c

相关文档：

Documentation/devicetree/bindings/pinctrl/pinctrl-bindings.txt
Documentation/devicetree/bindings/pinctrl/rockchip,pinctrl.txt

相关接口：
$ tree /sys/kernel/debug/pinctrl
/sys/kernel/debug/pinctrl
├── pinctrl-devices
├── pinctrl-handles
├── pinctrl-maps
└── pinctrl-rockchip-pinctrl
├── gpio-ranges
├── pinconf-config
├── pinconf-groups
├── pinconf-pins
├── pingroups
├── pinmux-functions
├── pinmux-pins
└── pins
5.5 gpio controller 节点

gpio0: gpio0@ff720000 {
compatible = &#34;rockchip,gpio-bank&#34;;
reg = <0x0 0xff720000 0x0 0x100>;
clocks = <&pmucru PCLK_GPIO0_PMU>;
interrupts = <GIC_SPI 14 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH 0>;

gpio-controller;
#gpio-cells = <0x2>;

interrupt-controller;
#interrupt-cells = <0x2>;
};
...
gpio4: gpio4@ff790000 {
compatible = &#34;rockchip,gpio-bank&#34;;
...
};简单说明：

rk3399 共有 5 个 gpio controller，122 个 gpio，所有的 gpio 都可以产生中断，上电后默认都是 input 状态。
gpio-controller 属性表明这个一是 gpio 控制器节点，#gpio-cells = <2> 表明 gpio client devices 需要用 2 个单元才能确定引用的引脚。
interrupt-controller 属性表明 rk3399 的 gpio controller 也有中断控制器的功能，#interrupt-cells = <0x2> 表明需要 2 个单元来确定引用的中断，例如：interrupt-parent = <&gpio1>; interrupts = <20 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>。
在rk3399 设备树里引用 gpio 的方式是：gpio = <&gpio0 1 GPIO_ACTIVE_HIGH>，如果需要引用多个 gpio，则使用 gpios 属性。

相关代码：

drivers/pinctrl/pinctrl-rockchip.c，和 pin controller 的驱动是同一台，说明 pinctrl 和 gpio 关联是很紧密的。

相关文档：

Documentation/devicetree/bindings/pinctrl/rockchip,pinctrl.txt
Documentation//devicetree/bindings/gpio/gpio.txt

相关接口：

/sys/class/gpio，传统的接口。
/dev/gpiochip0，比较推荐的接口。
libgpiod，推荐使用该库。

efuse 节点

efuse0: efuse@ff690000 {
compatible = &#34;rockchip,rk3399-efuse&#34;;
...
/* Data cells */
specification_serial_number: specification-serial-number@6 {
      reg = <0x06 0x1>;
      bits = <0 5>;
};
cpu_id: cpu-id@7 {
      reg = <0x07 0x10>;
};
...
};简单说明：

efuse 是一次性可编程存储器。
Data cells 子节点提供了rk3399 efuse 内部的数据布局;

相关代码：

driver/nvmem/rockchip-efuse.c

相关文档：

Documentation/devicetree/bindings/nvmem/nvmem.txt

相关接口：

sys/devices/platform/ff690000.efuse/rockchip-efuse0/nvmem

cpuinfo 节点

cpuinfo {
compatible = &#34;rockchip,cpuinfo&#34;;
nvmem-cells = <&cpu_id>;
nvmem-cell-names = &#34;id&#34;;
};简单说明：

rockchip 自家的东西，用于提供 cpu id;
NVMEM 是 Non Volatile Memory 的缩写，用于驱动芯片内的 efuse / eeprom。在 efuse 中一般会保存着例如 cpu id 之类的芯片相关的硬件信息，参考下面的 efuase 节点;
cpuinfo 是 NVMEM 的 data consumer;
nvmem-cells 引用的是 cpu_id 数据，启动时会打印 cpu id，对应的 log 是: rockchip-cpuinfo cpuinfo: xxx;

相关代码：

driver/soc/rockchip/rockchip-cpuinfo.c

相关文档：

Documentation/devicetree/bindings/soc/rockchip/rockchip-cpuinfo.txt

6. 相关参考

Rockchip_RK3399TRM_V1.4_Part1-20170408.pdf
Rockchip RK3399 Datasheet V2.1-20200323.pdf
GICv3_v4_overview.pdf

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你和我各有一台苹果，如果我们交换苹果的话，我们或是只有一台苹果。但当你和我各有一台想法，我们交换想法的话，我们就都有两个想法了。
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