只要你想用BBB做哪怕一丁点涉及到硬件的东西,你就不可避免地要用到cape和device tree的知识。所以尽管它们看起来很陌生而且有点复杂,但还是得学。其实用起来不难的。下面我只讲使用时必须会的内容,不深究其工作原理。文中基本没有废话,请仔细阅读每个字,勿遗漏细节。
我们已经知道beagleboard官网上有一些官方的硬件外设,比如lcd显示屏之类的,他们管这些外设叫做cape。其实应该说只要是修改了芯片引脚功能,或占用了空闲的引脚的东西,都可以叫做cape。比如之前我们提到的开启某些引脚的I2C功能,其实也是给设备添加了一个虚拟的(virtual)cape。当我们想要使用一个cape的时候,需要做两件事:配置BBB引脚的功能,启动相应的驱动程序。而device tree基本就是用来干这两件事的。
下面我们就来依次认识device tree文件,修改dts文件,编译dts文件,加载device tree,验证是否加载成功。
一、认识device tree文件
在BBB的/lib/firmware/目录下,你可以看到很多*.dts文件。我们随便打开一个(BB-UART1-00A0.dts)看看它们长什么样:
- /*
- * Copyright (C) 2013 CircuitCo
- *
- * Virtual cape for UART1 on connector pins P9.24 P9.26
- *
- * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
- * it under the terms of the GNU General Public License version 2 as
- * published by the Free Software Foundation.
- */
- /dts-v1/;
- /plugin/;
- / {
- compatible = "ti,beaglebone", "ti,beaglebone-black";
- /* identification */
- part-number = "BB-UART1";
- version = "00A0";
- /* 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";
- fragment@0 {
- 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) */
- >;
- };
- };
- };
- fragment@1 {
- target = <&uart2>; /* really uart1 */
- __overlay__ {
- status = "okay";
- pinctrl-names = "default";
- pinctrl-0 = <&bb_uart1_pins>;
- };
- };
- };
可以看到,dts文件是一个树形结构,是由若干节点和属性组成的。compatible = "ti,beaglebone", "ti,beaglebone-black"; 这行代码上面相邻行的斜杠"/"代表根节点,下面的fragment@0和fragment@1是其两个子节点。其中根节点下面的属性声明了本dts文件适用的平台,它的名字、版本号,使用了哪些引脚和硬件资源等。fragment@0节点中配置了两个BBB引脚的功能,把它们设置成了uart1的tx和rx功能。fragment@1节点中使能了uart1这个硬件设备(启用了相应的驱动)。
二、修改dts文件
前面说到dts里主要有两部分内容:修改BBB引脚功能和启动驱动程序。上面的网址里只告诉了驱动程序的属性,那么引脚功能该如何配置呢?
以前面给出的代码为例,这几行代码是用来配置引脚功能的:
- 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) */
- >;
其中第一列的0x184和0x180分别是P9.24和P9.26的地址,第二列的0X20代表要配置成什么功能。它们都是怎么确定的呢?这里就要用到pdf文档《BBB引脚功能速查表》了(请百度找此表,在EEWORLD论坛的一篇帖子中)。我们首先找到P9.24所在的行(在第2页的中间),然后在第三列中可以看到它的偏移地址(OFFSET)是184。至于功能配置,我们按照pdf第2页下面的GPIO Settings提示来写。我们需要把这个引脚配置成“快速模式”、“使能输入”、“使能下拉”、“功能0(uart1_txd)”。每一位按照相应的功能来写,即00100000,即0x20。
- cat /sys/kernel/debug/pinctrl/44e10800.pinmux/pins
因为这个目录很常用,我把它存成了环境变量$PINS。以后我使用 cat $PINS 就可以了。
一般这句后面还会加上grep命令来显示特定的引脚功能,同样在《BBB引脚功能速查表》中第三列找到P9.24的地址是0x984,所以可以这样查找:
- root@beaglebone:~# cat $PINS | grep 984
- pin 97 (44e10984) 00000037 pinctrl-single
可以看到,这个引脚的当前功能是0x37,即00110111,从最后三位看出是功能7,查表知是GPIO功能。
另外一个要注意的是每个dts里根节点下都有这两个属性:
- part-number = "BB-UART1";
- version = "00A0";
第一个是名字,第二个是版本号。你自己写的dts文件要新起一个名字,版本号则必须按照00A0,00A1……这样的顺序依次排下去。你的dts文件名必须是“名字+版本号.dts”的格式,如这里的BB-UART1-00A0.dts。
三、编译dts文件
写好dts文件以后,要把它转化成系统可识别的格式。上面说到有dtb和dtbo两种格式,我们这里要转化成的是dtbo格式。因为BBB的Angstrom系统在上电启动的时候就加载了一个dtb文件,给每个引脚配置了默认的功能,加载了需要加载的驱动程序。因为这个dtb文件已经加载,我们在系统运行着的情况下是不能修改它的。我们能做的,是在系统这个dtb的基础上,“叠加(Overlay)”一些新的功能,因此要用dtbo(dtb overlay)格式。
实际上,dts和dtbo文件可以随时编译和反编译,即dts可以生成dtbo,dtbo也可以复原成dts(但是复原的dts里没有注释等无用的东西了)。编译和反编译使用的命令都是相同的:dtc(device tree compile)。
dts编译成dtbo:
- dtc -I dts -O dtb -@ BB-UART1-00A0.dts > BB-UART1-00A0.dtbo
dtbo反编译成dts:
- dtc -I dtb -O dts BB-UART1-00A0.dtbo > BB-UART1-00A0.dts
(注:有的网站上编译用的是这样的命令:dtc -O dtb -o BB-UART1-00A0.dtbo -b 0 -@ BB-UART1-00A0.dts,其实都一样啦。我觉得上面给出的写法更好记一点。)
四、加载dtbo文件
Beaglebone Black中用一个叫做cape manager的软件管理所有的cape,不论它是实实在在的扩展板,还是虚拟的cape。这个软件的目录是
/sys/devices/bone_capemgr.8/(这里的数字也有可能是9,与启动顺序有关,你可以直接用*代替它)。这个目录内有一个叫做slots的文件,这就是capemgr这个软件的对外接口。我们要加载某个cape的话,只需要向这个文件中写入dts文件里定义的名字(part-number属性)即可:
- echo BB-UART1 > /sys/devices/bone_capemgr.8/slots
slot这个单词是“插槽”的意思,看,很形象吧!我要插上一个cape,就向这个“插槽”里“插入”(echo)相应的设备。echo这个命令的含义是“向标准设备输出”嘛。因为这个目录很常用,所以我把它存成环境变量$SLOTS,这样以后只需写 echo BB-UART1 > $SLOTS 即可了。
(注:如果那个dtbo有多个版本,比如有00A0,00A1,00A2这3个版本,如果你只写 echo BB-UART1 > $SLOTS 的话,它会自动加载最新的版本。而且,必须保证从00A0开始每个版本都存在才可以成功加载,就是说,如果/lib/firmware/目录中只有00A2这一个版本的话,加载会失败。但是,你可以通过 echo BB-UART1:00A2 > $SLOTS 像这样添加版本号来加载某个特定版本。)
五、查看和卸载已加载的cape
- cat $SLOTS
可以查看当前已经加载的所有cape。比如在我的BBB上执行命令后得到输出:
- root@beaglebone:~# cat $SLOTS
- 0: 54:P---L Beaglebone LCD4 Cape,00A1,BeagleboardToys,BB-BONE-LCD4-01
- 1: 55:PF---
- 2: 56:PF---
- 3: 57:PF---
- 4: ff:P-O-L Bone-LT-eMMC-2G,00A0,Texas Instrument,BB-BONE-EMMC-2G
- 7: ff:P-O-L Override Board Name,00A0,Override Manuf,BB-ADC
- 8: ff:P-O-L Override Board Name,00A0,Override Manuf,BB-UART1
前面说了slots是“插槽”的意思,可以看到我这里已经“插入”了4个cape,包括1个实体的LCD cape和3个虚拟cape。
BBB可以插入4个实体cape,它们只能插在0、1、2、3这四个slot里,这也是1、2、3号slot是空白的原因。后面的slot里都是虚拟cape,只要引脚不冲突,可以不限数量地添加。一旦你的dtbo文件使用的引脚与已加载的cape有冲突,就会提示:
- -sh: echo: write error: File exists
另外注意上面显示的几个已加载cape里的这部分内容“ff:P-O-L”,这里最后的“L”代表这个cape已经被load,即已经启用。也许你将来会遇到虽然显示在$SLOTS里,但是没有这个“L”的cape,那样的话它基本等于不存在。
至于卸载cape,假设我要卸载我的第8个cape,按照官方的说法,应当这样操作:
- echo -8 > $SLOTS
但因为系统bug的原因,这样操作会导致系统重启……所以目前只能通过重启系统来卸载cape。等出系统更新也许就解决这个bug 了。