不懂Linux Device Tree，被新人嘲笑后含泪写完

1 前言

关于设备树，之前就已经接触过很久了，但是本着够用的原则，基本上都是看着文档CRUD，处于一种不求甚解的状态，没有进行全面性的总结，导致很多知识点都是比较碎片状，没有形成一个系统的知识网络，最近公司来了一个实习生，问了个关于设备树的问题，居然没答上来，此处省略一千字，；

于是，为了尊严，工作多年的老咸鱼决定挪用一部分打篮球的时间，整理一下这方面的知识；

2 概念

2.1 什么是设备树 dts(device tree)?

设备树（Device Tree） 是描述计算机的特定硬件设备信息的数据结构，以便于操作系统的内核可以管理和使用这些硬件，包括CPU或CPU，内存，总线和其他一些外设。

设备树是通过Open Firmware项目从基于SPARC的工作站和服务器派生而来的。当前的Devicetree一般针对嵌入式系统，但仍然与某些服务器级系统一起使用（例如，Power Architecture Platform Reference所描述的系统）。

然而x86架构的个人计算机通常不使用设备树，而是依靠各种自动配置协议来识别硬件。使用设备树的系统通常将静态设备树（可能存储在ROM中）传递给操作系统，但也可以在引导的早期阶段生成设备树。

例如，U-Boot和kexec可以在启动新操作系统时传递设备树。一些系统使用的引导加载程序可能不支持设备树，但是可以与操作系统一起安装静态设备树，Linux内核支持这种方法。Device Tree规范目前由名为devicetree.org的社区管理，该社区与Linaro和Arm等相关联。

2.2 使用设备树的优势有哪些？

Linux内核从3.x版本之后开始支持使用设备树，这样做的意义重大，可以实现驱动代码与设备的硬件信息相互的隔离，减少了代码中的耦合性，在此之前，一些与硬件设备相关的具体信息都要写在驱动代码中，如果外设发生相应的变化，那么驱动代码就需要改动。
但是在引入了设备树之后，这种尴尬的情况找到了解决的办法，通过设备树对硬件信息的抽象，驱动代码只要负责处理逻辑，而关于设备的具体信息存放到设备树文件中，这样，如果只是硬件接口信息的变化而没有驱动逻辑的变化，开发者只需要修改设备树文件信息，不需要改写驱动代码。

3 简介

3.1 dts

硬件的相应信息都会写在.dts为后缀的文件中，每一款硬件可以单独写一份xxxx.dts，一般在Linux源码中存在大量的dts文件，对于arm架构可以在arch/arm/boot/dts找到相应的dts，另外mips则在arch/mips/boot/dts，powerpc在arch/powerpc/boot/dts。

3.2 dtsi

值得一提的是，对于一些相同的dts配置可以抽象到dtsi文件中，然后类似于C语言的方式可以include到dts文件中，对于同一个节点的设置情况，dts中的配置会覆盖dtsi中的配置。具体如下图所示；

3.3 dtc

dtc是编译dts的工具，可以在Ubuntu系统上通过指令apt-get install device-tree-compiler安装dtc工具，不过在内核源码scripts/dtc路径下已经包含了dtc工具；

3.4 dtb

dtb(Device Tree Blob)，dts经过dtc编译之后会得到dtb文件，dtb通过Bootloader引导程序加载到内核。所以Bootloader需要支持设备树才行；Kernel也需要加入设备树的支持；

4 基本框架

下图是一个设备树文件的基本架构；大概看了一下有点类似于XML文件，简单概括一下有这几个部分；

• 根节点： \
• 设备节点： nodex
• 节点名称：图中 node；
• 节点地址： node@0就是节点的地址；
• 子节点： childnode
• 属性：属性名称（ Property name）和属性值( Property value)
• 标签

具体如下图所示；

5 动手写

在简单了解概念之后，我们可以开始尝试写一个简单的设备树，从而加深对设备树整体架构以及部分语法的理解，因为整体知识面比价庞杂，无法面面俱到，本文旨在笔者学习之初对于设备树常用部分的总结与归纳。因为会涉及到很多硬件信息的绑定，详细的可以查阅Linux内核源码下的文档Documentation/devicetree/bindings。具体如下图所示；

硬件结构

1个双核ARM Cortex-A932位处理器；ARM本地总线上的内存映射区域分布有两个串口（分别位于0x101F1000和0x101F2000）GPIO控制器（位于0x101F3000）SPI控制器（位于0x10170000） 中断控制器（位于0x10140000） 外部总线桥上连接的设备如下：SMC SMC91111以太网（位于0x10100000）I2C控制器（位于0x10160000） 64MB NOR Flash（位于0x30000000） 外部总线桥上连接的I2C控制器所对应的I2C总线上又连接了Maxim DS1338实时钟（I2C地址为0x58） 具体如下图所示；

设备树dts文件

那么，如何将上面的硬件结构，通过设备树语言描述成dts文件呢？具体我实现在下图，并且做出了详细的解释。其中需要注意的有以下几个属性：

• compatitable：兼容性属性；
• #address-cells, #size-cells：地址编码所采用的格式；
• 节点名称@节点地址：例如 gpio@101f3000，这里名称和地址要和实际的对应起来；
• 标签：例如 interrupt-parent = <&intc>;，这这里的 intc就是一个标签(label)，通过 &可以获取它的值，这里可以简单的理解成一个变量，然后在下面需要对这个标签进行另外的解析，例如 intc:interrupt-controller@10140000；所以，这两个地方的 intc都是对应起来的。最后，具体的实现可以参考下图；

总结

由于Linux知识体系十分庞杂，作者能力有限，只介绍了其中一小部分，希望对您有所帮助，本文参考了《Linux设备驱动开发详解4.0内核》，petazzoni-device-tree-dummies，Kernel_Source_Documentation[1]