Linux DeviceTree学习（一）

Love The Way You Lie 2021-12-12 23:04 240阅读 0赞

# Linux DeviceTree学习（一） #

## 1 ARM Device Tree起源 ##

在 Linux 2.6 中，ARM 架构的板极硬件细节过多地被硬编码在arch/arm/plat-xxx 和 arch/arm/mach-xxx，采用 Device Tree 后，许多硬件的细节可以直接透过它传递给 Linux，而不再需要在 kernel 中进行大量的冗余编码。  
Device Tree 由一系列被命名的结点（node）和属性（property）组成，而结点本身可包含子结点。所谓属性，其实就是成对出现的 name 和 value。在 Device Tree 中，可描述的信息包括（原先这些信息大多被 hard code 到 kernel 中）：

*   CPU 的数量和类别
 *   内存基地址和大小
 *   总线和桥
 *   外设连接
 *   中断控制器和中断使用情况
 *   GPIO 控制器和 GPIO 使用情况
 *   Clock 控制器和 Clock 使用情况  
    它基本上就是画一棵电路板上 CPU、总线、设备组成的树，Bootloader 会将这棵树传递给内核，然后内核可以识别这棵树，并根据它展开出 Linux 内核中的 platform\_device、i2c\_client、spi\_device 等设备，而这些设备用到的内存、IRQ 等资源，也被传递给了内核，内核会将这些资源绑定给展开的相应的设备。

## 2 Device Tree组成和结构 ##

整个Device Tree 牵涉面比较广，即增加了新的用于描述设备硬件信息的文本格式，又增加了编译这一文本的工具，同时BootLoader也需要支持将编译后的Device Tree传递给Linux内核。

### 2.1 DTS（device tree source） ###

.dts文件是一种ASCII文本格式的Device Tree描述，在ARM Linux中，一个.dts文件对应一个ARM的machine，一般放置在内核的arch/arm/boot/dts目录，另外一个SoC可能对应多个machine（即一个SoC可对应多个产品和电路板），而这些.dts问价需包含许多共同的部分，则Linux内核为了简化，把SoC公用的部分或者多个machine共同的部分提炼为.dtsi。.dtsi与C语言的头文件类似。

### 2.2 DTC（device tree compiler） ###

*  将.dts编译为.dtb的工具，DTC的源代码位于内核的scripts/dtc目录，在Linux内核使能Device Tree的情况下，编译内核的时候主机工具dtc会被编译出来，对应scripts/dtc/Makefile中的“hostprogs-y:=dtc”这一hostPro公司编译target。  
    在 Linux 内核的 arch/arm/boot/dts/Makefile 中，描述了当某种 SoC 被选中后，哪些.dtb文件会被编译出来，如与 VEXPRESS 对应的.dtb 包括：
    
        dtb-$(CONFIG_ARCH_VEXPRESS) += vexpress-v2p-ca5s.dtb \
          vexpress-v2p-ca9.dtb \
          vexpress-v2p-ca15-tc1.dtb \
          vexpress-v2p-ca15_a7.dtb \
          xenvm-4.2.dtb
 *  在 Linux 下，我们可以单独编译 Device Tree 文件。当我们在 Linux 内核下运行 make dtbs 时，若我们之前选择了 ARCH\_VEXPRESS，上述.dtb 都会由对应的.dts 编译出来。因为 arch/arm/Makefile 中含有一个 dtbs 编译 target 项目。  
    Device Tree Blob（.dtb）
 *  .dtb是.dts被DTC编译后的二进制格式的Device Tree描述，可由Linux内核解析。通常在我们为电路板制作NAND、SD启动image时，会为.dtb文件单独留下一个很小的区域以存放之，之后的BootLoader在引导kernel的启动过程中，会先读取该.dtb到内存。

### 2.3 Binding ###

对于Device Tree中的节点和属性具体是如何来描述设备的硬件细节的，一般需要文档来进行讲解，文档的后缀名一般为.txt，这些文档位于内核的Documentation/devicetree/bindings目录，其下又分为很多子目录。

### 2.4 BootLoader ###

Uboot 从v1.1.3开始支持Device Tree，其对ARM的支持则是和ARM内核支持Device Tree同期完成。  
为了使能Device Tree，需要编译Uboot的时候在.config文件中加入

#define CONFIG_OF_LIBFDT

### 2.5 Device Tree编译方法 ###

Dtb文件单独编译的方法如下：

dtc [-I input-format] [-O output-format][-o output-filename] [-V output_version] input_filename
    参数说明：
    -I：输入的文件格式，如：dts或dtb；
    -O：输出的文件格式，如：dtb或dts；
    -o：输出的文件路径；

*  1）dts编译成dtb
    
        ./dtc -I dts -O dtb -o B_dtb.dtb A_dts.dts
 *  2）dtb编译成dts
    
        ./dtc -I dtb -O dts -o A_dts.dts A_dtb.dtb

### 2.6 Device Tree头信息 ###

在Linux内核中使用struct fdt\_header结构体描述。struct fdt\_header结构体定义在scripts\\dtc\\libfdt\\fdt.h文件中，具体如下：

struct fdt_header  {
        fdt32_t  magic;          		/* magic word FDT_MAGIC--0xd00dfeed */
        fdt32_t  totalsize;         		/* total size of DT block */
        fdt32_t  off_dt_struct;       	/* offset to  structure */
        fdt32_t  off_dt_strings;       	/* offset to  strings */
        fdt32_t  off_mem_rsvmap;     	/* offset to  memory reserve map */
        fdt32_t  version;              		/* format version */
        fdt32_t  last_comp_version;   /* last compatible  version */
     
        /*  version 2 fields below */
        fdt32_t  boot_cpuid_phys;   /* Which physical CPU  id we're booting on */
        /*  version 3 fields below */
        fdt32_t  size_dt_strings;   /* size of the  strings block */
     
        /*  version 17 fields below */
        fdt32_t  size_dt_struct;       /* size of the  structure block */
    };

### 2.7 Device Tree文件结构 ###

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM4MzY5MDk_size_16_color_FFFFFF_t_70]Device Tree文件结构如上图所示，dtb的头部首先存放fdt\_header的结构体信息，接着是填充区域，填充大小为off\_dt\_struct-sizeof(struct fd\_header)，填充的值为0。接着就是struct fdt\_property结构体的相关信息，最后就是de\_string。  
节点（node）信息使用struct fdt\_node\_header结构体描述，属性信息使用struct fdt\_property结构体描述。相关信息如下：

struct fdt_node_header  {
        fdt32_t  tag;	//node起始结束等信息标志位
        char  name[0];	//执行node名称的首地址
    };

Tag的取值如下：

#define FDT_BEGIN_NODE  0x1    /*  Start node: full name */
    #define FDT_END_NODE  	0x2    /*  End node */
    #define FDT_PROP          0x3    /*  Property: name off, size, content */
    #define FDT_NOP           0x4    /* nop */
    #define FDT_END           0x9
     
    struct fdt_property  {
        fdt32_t  tag;		//标志为属性，取值为FDT_PROP
        fdt32_t  len;		//属性值长度
        fdt32_t  nameoff;	//nameoff为属性名称存储位置相对于off_dt_strings的偏移地址
        char  data[0];
    };

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3UwMTM4MzY5MDk_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20211210/b415fcd800b645f1838157cbab8a1adc.png