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RK3399 探索之旅 / 设备树速读 / Soc 基础设施

作者：Monodyee | 2024-06-14 11:18:21

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rockchip-efuse0

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

点击查看大图

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：

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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：

点击查看大图

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 = "cpu";
        compatible = "arm,cortex-a53", "arm,armv8";
        ...
    };
    ...
    cpu_b0: cpu@100 {
        device_type = "cpu";
        compatible = "arm,cortex-a72", "arm,armv8";
    };
    ...
}

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 节点下的每一个 cpu 节点代表一个 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 = "rockchip,rk3399-cru";
    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 = "rockchip,rk3399-pmucru";
    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 = "arm,gic-v3";
    ...
    its: interrupt-controller@fee20000 {
        compatible = "arm,gic-v3-its";
        #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 属性用于标志一个中断控制器节点，#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 = "rockchip,rk3399-pinctrl";
    ...
 
    // 4 x gpio controller
    gpio0: gpio0@ff720000 {
        compatible = "rockchip,gpio-bank";
        ...
    };
    ...
 
    // 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原厂自己定义的: 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 = "rockchip,gpio-bank";
    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 = "rockchip,gpio-bank";
    ...
};

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 的驱动是同一个，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。

5.6 efuse 节点


efuse0: efuse@ff690000 {
    compatible = "rockchip,rk3399-efuse";
    ...
    /* 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

5.7 cpuinfo 节点


cpuinfo {
    compatible = "rockchip,cpuinfo";
    nvmem-cells = <&cpu_id>;
    nvmem-cell-names = "id";
};

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，参考前面的 efuse. 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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