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设备树（Device Tree）入门

设备树是一种用于描述硬件平台信息的文件格式，旨在帮助操作系统更好地理解和管理硬件设备。它通过树形结构描述系统中各个硬件设备的属性，如地址、功能、驱动等。设备树的使用使得内核能够无需硬编码硬件信息，从而提高了系统的灵活性和可维护性。

一、设备树的由来

在早期的Linux内核中，各个平台的硬件设备描述主要通过.c文件实现。这种方式导致了代码冗余，尤其是在面对不断增加的ARM平台时，管理这些描述文件变得越来越繁琐。

为了解决这一问题，开发者引入了设备树的概念。设备树采用.dts文件格式，将硬件描述信息组织成树形结构，存放在/arch/arm/boot/dts/目录下。与此同时，内核需要将.dts文件编译成二进制格式dtb（Device Tree Binary），以便内核能够解析和使用。

设备树的主要优势在于：

二、dis、dtc和dtb的关系

• dts（Device Tree Source）：人-readable文件，包含硬件描述信息，采用树形结构。
• dtc（Device Tree Compiler）：用于将dts文件编译生成dtb文件。
• dtb（Device Tree Binary）：内核可识别的二进制文件，存储设备树信息。

dtc工具的作用是将dts文件中的语法转换为内核能理解的dtb格式。例如，可以使用以下命令反汇编dtb文件：

dtc -I dtb -O dts -o example.dts example.dtb

三、dts文件语法

1. 核心结构

设备树文件的核心结构包括：

• 版本声明：/dts-v1/; 表示设备树的版本。
• 节点：树形结构的基本单元，包含属性和子节点。
• 属性：描述硬件信息，如地址、功能、状态等。

2. 节点命名

节点命名格式为node-name@unit-address，其中：

• node-name：节点名称。
• unit-address：单元地址，通常指寄存器的起始地址。

例如，I.MX6ULL平台上的I2C节点命名为I2C4@021F8000，其中I2C4是节点名，021F8000是单元地址。

3. 标签

节点名前缀可以带有标签，使用:分隔。标签用于辅助查找节点，避免重复命名。例如：

label "I2C4:";

在dts文件中追加内容时，使用&符号引用标签。

4. 头文件支持

dts文件支持.dtsi头文件和普通.c头文件。dtsi文件用于描述SoC的通用信息，如CPU、中断控制等。开发者可以通过引用这些头文件，简化硬件描述。

四、设备树的节点

1. 树形结构

设备树只有一个根节点，所有子节点归属于根节点。引用头文件时，头文件中的根节点与dts文件中的根节点合并，最后赋值的属性为准。

2. 节点命名规则

• 节点名需唯一，避免冲突。
• 单元地址通常指外设寄存器的起始地址。

3. 节点追加

在dts文件中，可以通过&符号追加内容到头文件中的节点。例如：

&I2C4;

追加后，I2C4节点的状态属性会被更新为okay。

五、设备树的应用

1. 系统启动流程

• bootloader在启动时将设备树的内存地址传递给内核。
• 内核解析dtb文件，将设备信息映射到/proc/device-tree目录下。
• /proc/device-tree目录下呈现设备树信息，包括节点属性和子节点。

2. 典型节点结构

• soc节点：描述SoC的外设控制器信息。
• I2C控制器节点：包含I2C外设的寄存器地址、时钟频率等属性。
• 实例节点：如RTC节点，用于描述特定外设的详细信息。

六、特殊节点

1. aliases节点

aliases节点用于定义节点的别名，主要用于辅助查找。例如：

alias "i2c1";

内核会将i2c1与实际节点关联。

2. chosen节点

chosen节点的作用是将bootargs环境变量传递给内核。内核会读取该节点下的bootargs属性，作为启动参数。例如：

chosen {
    compatible = "arm,boot args";
    bootargs = "1234 5678";
};

七、设备树的属性

1. 常见属性

• compatible：描述设备的兼容性，用于驱动匹配。
• reg：描述寄存器空间。
• clocks：描述时钟信息。
• interrupts：描述中断信息。

2. 典型示例

以下是I2C控制器节点的示例：

i2c1: i2c@021a0000 {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    compatible = "fsl,imx6ul-i2c", "fsl,imx21-i2c";
    reg = <0x021a0000 0x4000>;
    interrupts = 
   
    ;
    clocks = <&clk IMX6UL_CLK_I2C1>;
    status = "disabled";
};
   

八、设备树的应用场景

设备树的应用范围广泛，包括：

通过以上介绍，设备树作为一种灵活且可扩展的硬件描述方法，为现代操作系统的硬件支持提供了强大工具。