beagleboneblack - 如何使用设备树覆盖在Beaglebone Black上添加i2c设备？

Question

我为什么要读这个？

如果您有Beaglebone Black(BBB)，并且想将自己的设备连接到它(而不是斗篷)，则可能已经听说过设备树。就我而言，我想将RTC设备连接到BBB上的I2C总线。网络上散布着许多信息，本文旨在总结我所发现的内容，并以此为指导。

因此，我将给出一个激活BBB上的I2C总线以及使用内核中包含的设备驱动程序连接DS1308 RTC芯片的完整示例。听起来不错？

然后继续阅读，如果不清楚，请发表评论。如果您有急事，也可以在Github上获取设备树覆盖代码并飞走。

首先是第一件事。

我在BBB上使用ArchLinux ARM主要是因为Arch Linux很棒，而且我可能太愚蠢而无法使用debianoid发行版。
这是系统的screenfetch。



您可能会注意到内核版本已经高于该3.x版本。在屏幕抓取中看不到的是内核使用Capemgr实用程序支持设备树覆盖。

什么是设备树？

我将快速进行操作，您可以找到更深入的知识here，here，here和here。
设备树是描述平台上基础硬件的结构。它在嵌入式设备中大量使用，因为SOC和其他东西没有像PCI这样的总线可以在其中发现设备。必须静态定义它们，并将它们附加到“平台总线”上，以提供内核附带的设备驱动程序的句柄。

在将设备树引入Linux之前，所有工作都必须使用特定的C头文件和自定义实现来完成，然后将所有这些合并到主线内核中。因此，这是一项可以想象的详尽的工作，它来到了著名的Linus Torvalds rant。在这里，您还有更多device tree background。

是的，但是如何运作？

为了描述设备树，我们使用.dts(设备树源)文件，这些文件是人类可读的，并由设备树编译器(dtc)编译为二进制格式的设备树blob(.dtb)。系统启动时，引导加载程序(例如u-boot)将那个blob移交给内核。内核将对其进行解析并创 build 备树所指定的所有设备。

如果您不相信我，请使用设备树编译器深入了解BBB现在正在使用的设备树。

如果尚未安装，请获取适当的软件包。

pacman -Sy dtc-overlay
dtc -f -I fs /proc/device-tree | less

建议使用传呼机 less的管道，因为该命令会产生大量输出。结果应如下所示。



您还可以在内核源代码中调查设备树的所有部分，但是由于还包含一个包含机制，因此信息会分成几个文件。

 <kernel-source>/arch/arm/boot/dts/.. 

一些相关文件是:

am335x-bone-common.dtsi

am335x-boneblack.dts

am33xx.dtsi

Note: The .dtsi files are equivalent to .h files in C or C++ because they get included (therefore the 'i' at the end) by .dts files

它们都描述了与处理器有关的设备，Beaglebone平台上的常见设备或仅适用于Beaglebone Black的设备。

您提到了覆盖物，那是什么？

好问题，我看到你仍然在我身边。就像我之前说过的那样，内核启动时会解析设备树blob。因此，当您的系统启动并运行时，整个魔力已经结束。在带有大量扩展板( Capes)的BBB之类的平台上，这将要求您每次使用其他披肩时都重新编译设备树。

因此，您具有覆盖机制，可让您在运行时在设备树中添加或修改设备!惊人。

Note: to be able to compile device tree overlays make sure to install the appropriate package like above (dtc-overlay)

我将如何使用所有这些？

我举一个例子。由于BBB没有实时时钟(rtc)，这对于生成测量等的时间戳很有用，因此我们将对其进行修复。

我们将使用 ds1307实时时钟芯片(实际上我有 ds1308 rtc，但驱动程序兼容)，并通过BBB上的I2C1总线与之通信。从设备树源中可以看到，默认情况下，BBB上的总线是禁用的。



该代码段中的重要信息是:

定义了一个名为“i2c1”的节点

，它被定义为与omap4-i2c驱动程序

兼容

根据处理器reference manual(第181页)，为设备分配了内存映射地址(0x4802a000)和适当的地址范围(0x1000)

设备状态已禁用

现在，我们将创建一个覆盖图，以配置i2c1总线的GPIO引脚，激活该总线，然后添加rtc设备i2c1总线，以便自动加载适当的驱动程序，并在 /dev中创建rtc设备。

BBB上P8和P9接头连接器上的GPIO引脚具有多种功能，这些功能被混合在一起，因此我们必须调整pinmux设置以将其用于I2C通信。正如在I2C1总线的 this table中看到的那样，我们必须在多路复用器模式2中使用排针17和18。要获取有关BBB上GPIO处理的更多信息，请看 here。

/dts-v1/;
/plugin/;

/{ /* this is our device tree overlay root node */

  compatible = "ti,beaglebone", "ti,beaglebone-black";
  part-number = "BBB-I2C1"; // you can choose any name here but it should be memorable
  version = "00A0";

  fragment@0 {
    target = <&am33xx_pinmux>; // this is a link to an already defined node in the device tree, so that node is overlayed with our modification

    __overlay__ {
      i2c1_pins: pinmux_i2c1_pins {
        pinctrl-single,pins = <
          0x158 0x72 /* spi0_d1.i2c1_sda */ 
          0x15C 0x72 /* spi0_cs0.i2c1_sdl */
        >;
      };
    };
  };
}; /* root node end */

天哪，刚才发生了什么？

乍一看，overlay语法看起来很怪异，但它基本上是由所谓的片段组成的，这些片段针对一个已经存在的设备节点并修改该节点(及其子节点)。

在这种情况下，我们以在处理器设备树( am33xx_pinmux)中定义的 am33xx.dtsi设备节点为目标。在该节点内，我们添加了一个新的子节点，称为pinmux_i2c1_pins，该子节点以前不存在(请查看 am335x-bone-common.dtsi进行验证)，并添加标签i2c1_pins。

下一部分要复杂一些，如果您有兴趣，请阅读 this。每个GPIO引脚都由一个具有多个位的寄存器配置，以控制其行为，所有寄存器均由 pinctrl-single驱动程序控制。要设置特定的引脚，只需使用其相对于基地址的地址偏移量即可(您可以在上面的P9标题表中找到该地址)，并将其引脚配置作为第二个参数。



我从 Derek Molloy借用了此概述以解释pin模式。由于 0x72与 01110010b等效，因此我们将两个引脚都配置为输入，并具有启用的上拉电阻和复用模式2中的有效转换控制。

这些引脚的复用器模式2表示插头P9上的引脚17是时钟线SCL，插头P9上的引脚18是数据线SDA。

但是我们仍然必须启用I2C1吗？

绝对正确，因此让我们如下扩展覆盖。

/dts-v1/;
/plugin/;

/{ /* this is our device tree overlay root node */

  compatible = "ti,beaglebone", "ti,beaglebone-black";
  part-number = "BBB-I2C1"; // you can choose any name here but it should be memorable
  version = "00A0";

  fragment@0 {
    target = <&am33xx_pinmux>; // this is a link to an already defined node in the device tree, so that node is overlayed with our modification

    __overlay__ {
      i2c1_pins: pinmux_i2c1_pins {
        pinctrl-single,pins = <
          0x158 0x72 /* spi0_d1.i2c1_sda */ 
          0x15C 0x72 /* spi0_cs0.i2c1_sdl */
        >;
      };
    };
  };

  fragment@1 {
    target = <&i2c1>;

    __overlay__ {
      pinctrl-0 = <&i2c1_pins>;

      clock-frequency = <100000>;
      status = "okay";

      rtc: rtc@68 { /* the real time clock defined as child of the i2c1 bus */
        compatible = "dallas,ds1307";
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
        reg = <0x68>;
      };
    };
  };
}; /* root node end */

在上面的代码中，我们添加了一个针对i2c1设备节点的新片段，并告诉它使用我们先前定义的引脚配置。我们将I2C时钟频率设置为100kHz，然后激活设备。

此外，rtc时钟作为子代添加到i2c1节点。内核的重要信息是可兼容的语句，该语句指定要使用的驱动程序( ds1307)和I2C总线上的设备地址( 0x68)。可以从数据表中获取rtc的I2C地址。

以及如何将这些代码导入内核？

首先，必须编译设备树源。通过以下调用使用dtc编译器。

dtc -O dtb -o <filename>-00A0.dtbo -b 0 -@ <filename>.dts

Caution! The filename must be a concatenation of the name you desire plus the version tag as seen above (-00A0) otherwise you'll have a hard time.

生成的 .dtbo文件应该复制到 /lib/firmware中，我真的不知道“-00A0”命名约定来自何处，但是固件目录中也有其他文件正在使用它。

从现在开始，您可以使用Capemgr动态加载叠加层。为此，请移至 /sys/devices/platform/bone_capemgr/中，然后执行。

echo <filename> > slots

Capemgr然后将在固件目录中查找您的 .dtbo文件，并在可能的情况下加载它。通过查看插槽文件，您可以查看该过程是否成功。它应该看起来像这样。



检查Beaglebone使用的设备树。

dtc -f -I fs /proc/device-tree | less

您会在叠加层中找到所有条目。





此外，文件系统中应该有一个新的I2C设备( /dev/i2c-1)和一个新的rtc设备( /dev/rtc1)。

要查看i2c总线，请安装软件包 i2c-tools并使用。

i2cdetect -r 1

输出应该是这样的。



如您所见，地址0x68被设备占用。

查询您的rtc使用。

hwclock -r -f /dev/rtc1

但这还不是全部，不是吗？

不，您还有其他选择，可以在引导时加载设备树覆盖。 真棒!

为此，请打开 /boot/uEnv.txt并将 bone_capemgr.enable_partno=<filename>添加到 optargs语句中。那就是我BBB的样子

optargs=coherent_pool=1M bone_capemgr.enable_partno=bbb-i2c1

令人困惑的是，文件名用在optargs中，而不是设备树覆盖图中定义的 part-number标记。

如果愿意，可以将我的示例代码放在 github上有用的Makefile旁。

抱歉，很长的帖子。

Answer 1

这是非常有用和有值(value)的信息。我编写了一个i2c内核驱动程序，可以动态加载该驱动程序以与地址0x77的自定义芯片通信。过去，我通过手动实例化设备来成功与芯片进行通信，如下所示:echo act2_chip 0x77> / sys / bus / i2c / devices / i2c-1 / new_device。
实例化设备后，我可以使用i2cdetect工具看到它，并且我的可加载内核驱动程序可以与芯片通信。

现在，我尝试使用设备树方法实例化设备。因此，按照您的指导，我更改了dtsi文件中的一些参数，如下所示:

fragment@1 {
    target = <&i2c1>;

    __overlay__ {
      pinctrl-0 = <&i2c1_pins>;

      clock-frequency = <100000>;
      status = "okay";

      act2_chip: act2_chip@77 { /* the real time clock defined as child of the i2c1 bus */
        compatible = "xx,act2_chip";
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
        reg = <0x77>;
      };

我将芯片连接到scl和sda的针脚17和18。这是我在echo> slot之后得到的dmesg输出:


但是在将驱动程序插入内核时，我看到了被调用的探测功能。这意味着驾驶员能够尽我所能看到设备。

当我尝试写入内核驱动程序时，我收到以下消息:
omap_i2c 4802a000.i2c: Controller 超时