1e3fad137be5dac5a6108d6d11baa0bee67c97c5
[platform/kernel/u-boot.git] / doc / driver-model / of-plat.rst
1 .. SPDX-License-Identifier: GPL-2.0+
2
3 Compiled-in Device Tree / Platform Data
4 =======================================
5
6
7 Introduction
8 ------------
9
10 Device tree is the standard configuration method in U-Boot. It is used to
11 define what devices are in the system and provide configuration information
12 to these devices.
13
14 The overhead of adding device tree access to U-Boot is fairly modest,
15 approximately 3KB on Thumb 2 (plus the size of the DT itself). This means
16 that in most cases it is best to use device tree for configuration.
17
18 However there are some very constrained environments where U-Boot needs to
19 work. These include SPL with severe memory limitations. For example, some
20 SoCs require a 16KB SPL image which must include a full MMC stack. In this
21 case the overhead of device tree access may be too great.
22
23 It is possible to create platform data manually by defining C structures
24 for it, and reference that data in a U_BOOT_DEVICE() declaration. This
25 bypasses the use of device tree completely, effectively creating a parallel
26 configuration mechanism. But it is an available option for SPL.
27
28 As an alternative, a new 'of-platdata' feature is provided. This converts the
29 device tree contents into C code which can be compiled into the SPL binary.
30 This saves the 3KB of code overhead and perhaps a few hundred more bytes due
31 to more efficient storage of the data.
32
33 Note: Quite a bit of thought has gone into the design of this feature.
34 However it still has many rough edges and comments and suggestions are
35 strongly encouraged! Quite possibly there is a much better approach.
36
37
38 Caveats
39 -------
40
41 There are many problems with this features. It should only be used when
42 strictly necessary. Notable problems include:
43
44    - Device tree does not describe data types. But the C code must define a
45      type for each property. These are guessed using heuristics which
46      are wrong in several fairly common cases. For example an 8-byte value
47      is considered to be a 2-item integer array, and is byte-swapped. A
48      boolean value that is not present means 'false', but cannot be
49      included in the structures since there is generally no mention of it
50      in the device tree file.
51
52    - Naming of nodes and properties is automatic. This means that they follow
53      the naming in the device tree, which may result in C identifiers that
54      look a bit strange.
55
56    - It is not possible to find a value given a property name. Code must use
57      the associated C member variable directly in the code. This makes
58      the code less robust in the face of device-tree changes. It also
59      makes it very unlikely that your driver code will be useful for more
60      than one SoC. Even if the code is common, each SoC will end up with
61      a different C struct name, and a likely a different format for the
62      platform data.
63
64    - The platform data is provided to drivers as a C structure. The driver
65      must use the same structure to access the data. Since a driver
66      normally also supports device tree it must use #ifdef to separate
67      out this code, since the structures are only available in SPL.
68
69    - Correct relations between nodes are not implemented. This means that
70      parent/child relations (like bus device iteration) do not work yet.
71      Some phandles (those that are recognised as such) are converted into
72      a pointer to struct driver_info. This pointer can be used to access
73      the referenced device.
74
75
76 How it works
77 ------------
78
79 The feature is enabled by CONFIG OF_PLATDATA. This is only available in
80 SPL/TPL and should be tested with:
81
82 .. code-block:: c
83
84     #if CONFIG_IS_ENABLED(OF_PLATDATA)
85
86 A new tool called 'dtoc' converts a device tree file either into a set of
87 struct declarations, one for each compatible node, and a set of
88 U_BOOT_DEVICE() declarations along with the actual platform data for each
89 device. As an example, consider this MMC node:
90
91 .. code-block:: none
92
93     sdmmc: dwmmc@ff0c0000 {
94             compatible = "rockchip,rk3288-dw-mshc";
95             clock-freq-min-max = <400000 150000000>;
96             clocks = <&cru HCLK_SDMMC>, <&cru SCLK_SDMMC>,
97                      <&cru SCLK_SDMMC_DRV>, <&cru SCLK_SDMMC_SAMPLE>;
98             clock-names = "biu", "ciu", "ciu_drv", "ciu_sample";
99             fifo-depth = <0x100>;
100             interrupts = <GIC_SPI 32 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
101             reg = <0xff0c0000 0x4000>;
102             bus-width = <4>;
103             cap-mmc-highspeed;
104             cap-sd-highspeed;
105             card-detect-delay = <200>;
106             disable-wp;
107             num-slots = <1>;
108             pinctrl-names = "default";
109             pinctrl-0 = <&sdmmc_clk>, <&sdmmc_cmd>, <&sdmmc_cd>, <&sdmmc_bus4>;
110                 vmmc-supply = <&vcc_sd>;
111                 status = "okay";
112                 u-boot,dm-pre-reloc;
113         };
114
115
116 Some of these properties are dropped by U-Boot under control of the
117 CONFIG_OF_SPL_REMOVE_PROPS option. The rest are processed. This will produce
118 the following C struct declaration:
119
120 .. code-block:: c
121
122     struct dtd_rockchip_rk3288_dw_mshc {
123             fdt32_t         bus_width;
124             bool            cap_mmc_highspeed;
125             bool            cap_sd_highspeed;
126             fdt32_t         card_detect_delay;
127             fdt32_t         clock_freq_min_max[2];
128             struct phandle_1_arg clocks[4];
129             bool            disable_wp;
130             fdt32_t         fifo_depth;
131             fdt32_t         interrupts[3];
132             fdt32_t         num_slots;
133             fdt32_t         reg[2];
134             fdt32_t         vmmc_supply;
135     };
136
137 and the following device declaration:
138
139 .. code-block:: c
140
141     static struct dtd_rockchip_rk3288_dw_mshc dtv_dwmmc_at_ff0c0000 = {
142             .fifo_depth             = 0x100,
143             .cap_sd_highspeed       = true,
144             .interrupts             = {0x0, 0x20, 0x4},
145             .clock_freq_min_max     = {0x61a80, 0x8f0d180},
146             .vmmc_supply            = 0xb,
147             .num_slots              = 0x1,
148             .clocks                 = {{NULL, 456},
149                                        {NULL, 68},
150                                        {NULL, 114},
151                                        {NULL, 118}},
152             .cap_mmc_highspeed      = true,
153             .disable_wp             = true,
154             .bus_width              = 0x4,
155             .u_boot_dm_pre_reloc    = true,
156             .reg                    = {0xff0c0000, 0x4000},
157             .card_detect_delay      = 0xc8,
158     };
159
160     U_BOOT_DEVICE(dwmmc_at_ff0c0000) = {
161             .name           = "rockchip_rk3288_dw_mshc",
162             .platdata       = &dtv_dwmmc_at_ff0c0000,
163             .platdata_size  = sizeof(dtv_dwmmc_at_ff0c0000),
164     };
165
166     void dm_populate_phandle_data(void) {
167             dtv_dwmmc_at_ff0c0000.clocks[0].node = DM_GET_DEVICE(clock_controller_at_ff760000);
168             dtv_dwmmc_at_ff0c0000.clocks[1].node = DM_GET_DEVICE(clock_controller_at_ff760000);
169             dtv_dwmmc_at_ff0c0000.clocks[2].node = DM_GET_DEVICE(clock_controller_at_ff760000);
170             dtv_dwmmc_at_ff0c0000.clocks[3].node = DM_GET_DEVICE(clock_controller_at_ff760000);
171     }
172
173 The device is then instantiated at run-time and the platform data can be
174 accessed using:
175
176 .. code-block:: c
177
178     struct udevice *dev;
179     struct dtd_rockchip_rk3288_dw_mshc *plat = dev_get_platdata(dev);
180
181 This avoids the code overhead of converting the device tree data to
182 platform data in the driver. The ofdata_to_platdata() method should
183 therefore do nothing in such a driver.
184
185 Note that for the platform data to be matched with a driver, the 'name'
186 property of the U_BOOT_DEVICE() declaration has to match a driver declared
187 via U_BOOT_DRIVER(). This effectively means that a U_BOOT_DRIVER() with a
188 'name' corresponding to the devicetree 'compatible' string (after converting
189 it to a valid name for C) is needed, so a dedicated driver is required for
190 each 'compatible' string.
191
192 In order to make this a bit more flexible U_BOOT_DRIVER_ALIAS macro can be
193 used to declare an alias for a driver name, typically a 'compatible' string.
194 This macro produces no code, but it is by dtoc tool.
195
196 During the build process dtoc parses both U_BOOT_DRIVER and U_BOOT_DRIVER_ALIAS
197 to build a list of valid driver names and driver aliases. If the 'compatible'
198 string used for a device does not not match a valid driver name, it will be
199 checked against the list of driver aliases in order to get the right driver
200 name to use. If in this step there is no match found a warning is issued to
201 avoid run-time failures.
202
203 Where a node has multiple compatible strings, a #define is used to make them
204 equivalent, e.g.:
205
206 .. code-block:: c
207
208     #define dtd_rockchip_rk3299_dw_mshc dtd_rockchip_rk3288_dw_mshc
209
210
211 Converting of-platdata to a useful form
212 ---------------------------------------
213
214 Of course it would be possible to use the of-platdata directly in your driver
215 whenever configuration information is required. However this means that the
216 driver will not be able to support device tree, since the of-platdata
217 structure is not available when device tree is used. It would make no sense
218 to use this structure if device tree were available, since the structure has
219 all the limitations metioned in caveats above.
220
221 Therefore it is recommended that the of-platdata structure should be used
222 only in the probe() method of your driver. It cannot be used in the
223 ofdata_to_platdata() method since this is not called when platform data is
224 already present.
225
226
227 How to structure your driver
228 ----------------------------
229
230 Drivers should always support device tree as an option. The of-platdata
231 feature is intended as a add-on to existing drivers.
232
233 Your driver should convert the platdata struct in its probe() method. The
234 existing device tree decoding logic should be kept in the
235 ofdata_to_platdata() method and wrapped with #if.
236
237 For example:
238
239 .. code-block:: c
240
241     #include <dt-structs.h>
242
243     struct mmc_platdata {
244     #if CONFIG_IS_ENABLED(OF_PLATDATA)
245             /* Put this first since driver model will copy the data here */
246             struct dtd_mmc dtplat;
247     #endif
248             /*
249              * Other fields can go here, to be filled in by decoding from
250              * the device tree (or the C structures when of-platdata is used).
251              */
252             int fifo_depth;
253     };
254
255     static int mmc_ofdata_to_platdata(struct udevice *dev)
256     {
257     #if !CONFIG_IS_ENABLED(OF_PLATDATA)
258             /* Decode the device tree data */
259             struct mmc_platdata *plat = dev_get_platdata(dev);
260             const void *blob = gd->fdt_blob;
261             int node = dev_of_offset(dev);
262
263             plat->fifo_depth = fdtdec_get_int(blob, node, "fifo-depth", 0);
264     #endif
265
266             return 0;
267     }
268
269     static int mmc_probe(struct udevice *dev)
270     {
271             struct mmc_platdata *plat = dev_get_platdata(dev);
272
273     #if CONFIG_IS_ENABLED(OF_PLATDATA)
274             /* Decode the of-platdata from the C structures */
275             struct dtd_mmc *dtplat = &plat->dtplat;
276
277             plat->fifo_depth = dtplat->fifo_depth;
278     #endif
279             /* Set up the device from the plat data */
280             writel(plat->fifo_depth, ...)
281     }
282
283     static const struct udevice_id mmc_ids[] = {
284             { .compatible = "vendor,mmc" },
285             { }
286     };
287
288     U_BOOT_DRIVER(mmc_drv) = {
289             .name           = "mmc_drv",
290             .id             = UCLASS_MMC,
291             .of_match       = mmc_ids,
292             .ofdata_to_platdata = mmc_ofdata_to_platdata,
293             .probe          = mmc_probe,
294             .priv_auto_alloc_size = sizeof(struct mmc_priv),
295             .platdata_auto_alloc_size = sizeof(struct mmc_platdata),
296     };
297
298     U_BOOT_DRIVER_ALIAS(mmc_drv, vendor_mmc) /* matches compatible string */
299
300 Note that struct mmc_platdata is defined in the C file, not in a header. This
301 is to avoid needing to include dt-structs.h in a header file. The idea is to
302 keep the use of each of-platdata struct to the smallest possible code area.
303 There is just one driver C file for each struct, that can convert from the
304 of-platdata struct to the standard one used by the driver.
305
306 In the case where SPL_OF_PLATDATA is enabled, platdata_auto_alloc_size is
307 still used to allocate space for the platform data. This is different from
308 the normal behaviour and is triggered by the use of of-platdata (strictly
309 speaking it is a non-zero platdata_size which triggers this).
310
311 The of-platdata struct contents is copied from the C structure data to the
312 start of the newly allocated area. In the case where device tree is used,
313 the platform data is allocated, and starts zeroed. In this case the
314 ofdata_to_platdata() method should still set up the platform data (and the
315 of-platdata struct will not be present).
316
317 SPL must use either of-platdata or device tree. Drivers cannot use both at
318 the same time, but they must support device tree. Supporting of-platdata is
319 optional.
320
321 The device tree becomes in accessible when CONFIG_SPL_OF_PLATDATA is enabled,
322 since the device-tree access code is not compiled in. A corollary is that
323 a board can only move to using of-platdata if all the drivers it uses support
324 it. There would be little point in having some drivers require the device
325 tree data, since then libfdt would still be needed for those drivers and
326 there would be no code-size benefit.
327
328 Internals
329 ---------
330
331 The dt-structs.h file includes the generated file
332 (include/generated//dt-structs.h) if CONFIG_SPL_OF_PLATDATA is enabled.
333 Otherwise (such as in U-Boot proper) these structs are not available. This
334 prevents them being used inadvertently. All usage must be bracketed with
335 #if CONFIG_IS_ENABLED(OF_PLATDATA).
336
337 The dt-platdata.c file contains the device declarations and is is built in
338 spl/dt-platdata.c. It additionally contains the definition of
339 dm_populate_phandle_data() which is responsible of filling the phandle
340 information by adding references to U_BOOT_DEVICE by using DM_GET_DEVICE
341
342 The beginnings of a libfdt Python module are provided. So far this only
343 implements a subset of the features.
344
345 The 'swig' tool is needed to build the libfdt Python module. If this is not
346 found then the Python model is not used and a fallback is used instead, which
347 makes use of fdtget.
348
349
350 Credits
351 -------
352
353 This is an implementation of an idea by Tom Rini <trini@konsulko.com>.
354
355
356 Future work
357 -----------
358 - Consider programmatically reading binding files instead of device tree
359   contents
360 - Complete the phandle feature
361 - Move to using a full Python libfdt module
362
363
364 .. Simon Glass <sjg@chromium.org>
365 .. Google, Inc
366 .. 6/6/16
367 .. Updated Independence Day 2016