不懂Linux Device Tree，被新人嘲笑后含淚寫完

1 前言

關(guān)于設(shè)備樹，之前就已經(jīng)接觸過很久了，但是本著夠用的原則，基本上都是看著文檔CRUD，處于一種不求甚解的狀態(tài)，沒有進行全面性的總結(jié)，導(dǎo)致很多知識點都是比較碎片狀，沒有形成一個系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡(luò)，最近公司來了一個實習(xí)生，問了個關(guān)于設(shè)備樹的問題，居然沒答上來，此處省略一千字，；

于是，為了尊嚴，工作多年的老咸魚決定挪用一部分打籃球的時間，整理一下這方面的知識；

2 概念

2.1 什么是設(shè)備樹 dts(device tree)?

設(shè)備樹（Device Tree） 是描述計算機的特定硬件設(shè)備信息的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以便于操作系統(tǒng)的內(nèi)核可以管理和使用這些硬件，包括CPU或CPU，內(nèi)存，總線和其他一些外設(shè)。

設(shè)備樹是通過Open Firmware項目從基于SPARC的工作站和服務(wù)器派生而來的。當(dāng)前的Devicetree一般針對嵌入式系統(tǒng)，但仍然與某些服務(wù)器級系統(tǒng)一起使用（例如，Power Architecture Platform Reference所描述的系統(tǒng)）。

然而x86架構(gòu)的個人計算機通常不使用設(shè)備樹，而是依靠各種自動配置協(xié)議來識別硬件。使用設(shè)備樹的系統(tǒng)通常將靜態(tài)設(shè)備樹（可能存儲在ROM中）傳遞給操作系統(tǒng)，但也可以在引導(dǎo)的早期階段生成設(shè)備樹。

例如，U-Boot和kexec可以在啟動新操作系統(tǒng)時傳遞設(shè)備樹。一些系統(tǒng)使用的引導(dǎo)加載程序可能不支持設(shè)備樹，但是可以與操作系統(tǒng)一起安裝靜態(tài)設(shè)備樹，Linux內(nèi)核支持這種方法。Device Tree規(guī)范目前由名為devicetree.org的社區(qū)管理，該社區(qū)與Linaro和Arm等相關(guān)聯(lián)。

2.2 使用設(shè)備樹的優(yōu)勢有哪些？

Linux內(nèi)核從3.x版本之后開始支持使用設(shè)備樹，這樣做的意義重大，可以實現(xiàn)驅(qū)動代碼與設(shè)備的硬件信息相互的隔離，減少了代碼中的耦合性，在此之前，一些與硬件設(shè)備相關(guān)的具體信息都要寫在驅(qū)動代碼中，如果外設(shè)發(fā)生相應(yīng)的變化，那么驅(qū)動代碼就需要改動。
但是在引入了設(shè)備樹之后，這種尷尬的情況找到了解決的辦法，通過設(shè)備樹對硬件信息的抽象，驅(qū)動代碼只要負責(zé)處理邏輯，而關(guān)于設(shè)備的具體信息存放到設(shè)備樹文件中，這樣，如果只是硬件接口信息的變化而沒有驅(qū)動邏輯的變化，開發(fā)者只需要修改設(shè)備樹文件信息，不需要改寫驅(qū)動代碼。

3 簡介

3.1 dts

硬件的相應(yīng)信息都會寫在.dts為后綴的文件中，每一款硬件可以單獨寫一份xxxx.dts，一般在Linux源碼中存在大量的dts文件，對于arm架構(gòu)可以在arch/arm/boot/dts找到相應(yīng)的dts，另外mips則在arch/mips/boot/dts，powerpc在arch/powerpc/boot/dts。

3.2 dtsi

值得一提的是，對于一些相同的dts配置可以抽象到dtsi文件中，然后類似于C語言的方式可以include到dts文件中，對于同一個節(jié)點的設(shè)置情況，dts中的配置會覆蓋dtsi中的配置。具體如下圖所示；

3.3 dtc

dtc是編譯dts的工具，可以在Ubuntu系統(tǒng)上通過指令apt-get install device-tree-compiler安裝dtc工具，不過在內(nèi)核源碼scripts/dtc路徑下已經(jīng)包含了dtc工具；

3.4 dtb

dtb(Device Tree Blob)，dts經(jīng)過dtc編譯之后會得到dtb文件，dtb通過Bootloader引導(dǎo)程序加載到內(nèi)核。所以Bootloader需要支持設(shè)備樹才行；Kernel也需要加入設(shè)備樹的支持；

4 基本框架

下圖是一個設(shè)備樹文件的基本架構(gòu)；大概看了一下有點類似于XML文件，簡單概括一下有這幾個部分；

• 根節(jié)點： \
• 設(shè)備節(jié)點： nodex
• 節(jié)點名稱：圖中 node；
• 節(jié)點地址： node@0就是節(jié)點的地址；
• 子節(jié)點： childnode
• 屬性：屬性名稱（ Property name）和屬性值( Property value)
• 標簽

具體如下圖所示；

5 動手寫

在簡單了解概念之后，我們可以開始嘗試寫一個簡單的設(shè)備樹，從而加深對設(shè)備樹整體架構(gòu)以及部分語法的理解，因為整體知識面比價龐雜，無法面面俱到，本文旨在筆者學(xué)習(xí)之初對于設(shè)備樹常用部分的總結(jié)與歸納。因為會涉及到很多硬件信息的綁定，詳細的可以查閱Linux內(nèi)核源碼下的文檔Documentation/devicetree/bindings。具體如下圖所示；

硬件結(jié)構(gòu)

1個雙核ARM Cortex-A932位處理器；ARM本地總線上的內(nèi)存映射區(qū)域分布有兩個串口（分別位于0x101F1000和0x101F2000）GPIO控制器（位于0x101F3000）SPI控制器（位于0x10170000） 中斷控制器（位于0x10140000） 外部總線橋上連接的設(shè)備如下：SMC SMC91111以太網(wǎng)（位于0x10100000）I2C控制器（位于0x10160000） 64MB NOR Flash（位于0x30000000） 外部總線橋上連接的I2C控制器所對應(yīng)的I2C總線上又連接了Maxim DS1338實時鐘（I2C地址為0x58） 具體如下圖所示；

設(shè)備樹dts文件

那么，如何將上面的硬件結(jié)構(gòu)，通過設(shè)備樹語言描述成dts文件呢？具體我實現(xiàn)在下圖，并且做出了詳細的解釋。其中需要注意的有以下幾個屬性：

• compatitable：兼容性屬性；
• #address-cells, #size-cells：地址編碼所采用的格式；
• 節(jié)點名稱@節(jié)點地址：例如 gpio@101f3000，這里名稱和地址要和實際的對應(yīng)起來；
• 標簽：例如 interrupt-parent = <&intc>;，這這里的 intc就是一個標簽(label)，通過 &可以獲取它的值，這里可以簡單的理解成一個變量，然后在下面需要對這個標簽進行另外的解析，例如 intc:interrupt-controller@10140000；所以，這兩個地方的 intc都是對應(yīng)起來的。最后，具體的實現(xiàn)可以參考下圖；

總結(jié)

由于Linux知識體系十分龐雜，作者能力有限，只介紹了其中一小部分，希望對您有所幫助，本文參考了《Linux設(shè)備驅(qū)動開發(fā)詳解4.0內(nèi)核》，petazzoni-device-tree-dummies，Kernel_Source_Documentation[1]