不懂Linux Device Tree，被新人嘲笑之后，含淚寫(xiě)完

1 、前言

關(guān)于設(shè)備樹(shù)，之前就已經(jīng)接觸過(guò)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(méi)有進(jìn)行全面性的總結(jié)，導(dǎo)致很多知識(shí)點(diǎn)都是比較碎片狀，沒(méi)有形成一個(gè)系統(tǒng)的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，最近公司來(lái)了一個(gè)實(shí)習(xí)生，問(wèn)了個(gè)關(guān)于設(shè)備樹(shù)的問(wèn)題，居然沒(méi)答上來(lái)，此處省略一千字，于是，為了尊嚴(yán)，工作多年的老咸魚(yú)決定挪用一部分打籃球的時(shí)間，整理一下這方面的知識(shí)；

2 概念

2.1 什么是設(shè)備樹(shù) dts(device tree)?

設(shè)備樹(shù)（Device Tree）?是描述計(jì)算機(jī)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(shù)是通過(guò)Open Firmware項(xiàng)目從基于 SPARC 的工作站和服務(wù)器派生而來(lái)的。當(dāng)前的 Devicetree 一般針對(duì)嵌入式系統(tǒng)，但仍然與某些服務(wù)器級(jí)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(gè)人計(jì)算機(jī)通常不使用設(shè)備樹(shù)，而是依靠各種自動(dòng)配置協(xié)議來(lái)識(shí)別硬件。使用設(shè)備樹(shù)的系統(tǒng)通常將靜態(tài)設(shè)備樹(shù)（可能存儲(chǔ)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(shù)。

例如，U-Boot 和 kexec 可以在啟動(dòng)新操作系統(tǒng)時(shí)傳遞設(shè)備樹(shù)。一些系統(tǒng)使用的引導(dǎo)加載程序可能不支持設(shè)備樹(shù)，但是可以與操作系統(tǒng)一起安裝靜態(tài)設(shè)備樹(shù)，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(shù)的優(yōu)勢(shì)有哪些？

Linux 內(nèi)核從 3.x 版本之后開(kāi)始支持使用設(shè)備樹(shù)，這樣做的意義重大，可以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)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(xiě)在驅(qū)動(dòng)代碼中，如果外設(shè)發(fā)生相應(yīng)的變化，那么驅(qū)動(dòng)代碼就需要改動(dòng)。

但是在引入了設(shè)備樹(shù)之后，這種尷尬的情況找到了解決的辦法，通過(guò)設(shè)備樹(shù)對(duì)硬件信息的抽象，驅(qū)動(dòng)代碼只要負(fù)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(shù)文件中，這樣，如果只是硬件接口信息的變化而沒(méi)有驅(qū)動(dòng)邏輯的變化，開(kāi)發(fā)者只需要修改設(shè)備樹(shù)文件信息，不需要改寫(xiě)驅(qū)動(dòng)代碼。

3、 簡(jiǎn)介

3.1 dts

硬件的相應(yīng)信息都會(huì)寫(xiě)在.dts為后綴的文件中，每一款硬件可以單獨(dú)寫(xiě)一份xxxx.dts，一般在Linux源碼中存在大量的dts文件，對(duì)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(duì)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(yǔ)言的方式可以include到dts文件中，對(duì)于同一個(gè)節(jié)點(diǎn)的設(shè)置情況，dts中的配置會(huì)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(guò)指令apt-get install device-tree-compiler安裝dtc工具，不過(guò)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(guò)dtc編譯之后會(huì)得到dtb文件，dtb通過(guò)Bootloader引導(dǎo)程序加載到內(nèi)核。所以Bootloader需要支持設(shè)備樹(shù)才行；Kernel 也需要加入設(shè)備樹(shù)的支持；

4 、基本框架

下圖是一個(gè)設(shè)備樹(shù)文件的基本架構(gòu)；大概看了一下有點(diǎn)類似于XML文件，簡(jiǎn)單概括一下有這幾個(gè)部分；

• 根節(jié)點(diǎn)：
• 設(shè)備節(jié)點(diǎn)：nodex
  • 節(jié)點(diǎn)名稱：圖中node；
  • 節(jié)點(diǎn)地址：node@0就是節(jié)點(diǎn)的地址；
  • 子節(jié)點(diǎn)：childnode
• 屬性：屬性名稱（Property name）和屬性值(Property value)
• 標(biāo)簽

具體如下圖所示；

5 、動(dòng)手寫(xiě)

在簡(jiǎn)單了解概念之后，我們可以開(kāi)始嘗試寫(xiě)一個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)備樹(shù)，從而加深對(duì)設(shè)備樹(shù)整體架構(gòu)以及部分語(yǔ)法的理解，因?yàn)檎w知識(shí)面比價(jià)龐雜，無(wú)法面面俱到，本文旨在筆者學(xué)習(xí)之初對(duì)于設(shè)備樹(shù)常用部分的總結(jié)與歸納。因?yàn)闀?huì)涉及到很多硬件信息的綁定，詳細(xì)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(gè)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(gè)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(duì)應(yīng)的 I2C 總線上又連接了Maxim DS1338實(shí)時(shí)鐘（I2C 地址為0x58） 具體如下圖所示；

設(shè)備樹(shù) dts 文件

那么，如何將上面的硬件結(jié)構(gòu)，通過(guò)設(shè)備樹(shù)語(yǔ)言描述成dts文件呢？具體我實(shí)現(xiàn)在下圖，并且做出了詳細(xì)的解釋。其中需要注意的有以下幾個(gè)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(diǎn)名稱@節(jié)點(diǎn)地址：例如gpio@101f3000，這里名稱和地址要和實(shí)際的對(duì)應(yīng)起來(lái)；
• 標(biāo)簽：例如interrupt-parent = <&intc>;，這這里的intc就是一個(gè)標(biāo)簽(label)，通過(guò)&可以獲取它的值，這里可以簡(jiǎn)單的理解成一個(gè)變量，然后在下面需要對(duì)這個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行另外的解析，例如intc:interrupt-controller@10140000；所以，這兩個(gè)地方的intc都是對(duì)應(yīng)起來(lái)的。最后，具體的實(shí)現(xiàn)可以參考下圖；

總結(jié)

由于 Linux 知識(shí)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(duì)您有所幫助，本文參考了《Linux 設(shè)備驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)詳解 4.0 內(nèi)核》，petazzoni-device-tree-dummies，Kernel_Source_Documentation[1]