嵌入式Linux--设备树（DeviceTree fdt）

拼搏现实的明天。 2022-12-03 09:20 497阅读 0赞

### 目录 ###

*  最前面：重要目录
 *  前言：什么是设备树（Device Tree）
 *   *  1、什么是设备树（device tree）
     *  2、设备树的相关名词
     *  3、DTS 文件格式
     *  4、编译后的dtb 格式
 *  1. Device Tree简介
 *  2. Device Tree编译
 *  3、设备树启动

参考博客

*  [device tree 简介][device tree]

# 最前面：重要目录 #

*  原来硬编码进内核的板级描述文件目录：arch/arm/mach-xxx 和 arch/arm/plat-xxx
 *  新的设备树文件是放在Linux内核工程目录里面：arch/arm/boot/dts/xxx.dts

# 前言：什么是设备树（Device Tree） #

## 1、什么是设备树（device tree） ##

它是一种描述硬件资源的数据结构，可以通过bootloader将它传给内核，内核（driver）使用它对硬件进行初始化，好处是使得内核和硬件资源描述相对独立，不需要太多的硬编码。

## 2、设备树的相关名词 ##

*  1）DTS（device tree source）  
    .dts文件是一种ASCII文本对Device Tree的描述，位于linux-4.10//arch/arm64/boot/dts目录下。
 *  2）DTC（device tree compiler）  
    DTC为编译工具，它可以将.dts文件编译成.dtb文件，DTC的源码位于linux-4.10/scripts/dtc目录下。
 *  3）DTB（device tree blob）  
    DTC编译.dts生成的二进制文件（.dtb），bootloader在加载内核时，也会同时把.dtb加载到内存，后面传递给内核使用。

## 3、DTS 文件格式 ##

例如 linux-4.10/arch/arm64/boot/dts/arm64-demo.dts

#include "arm64-demo.dtsi"
    
    / { 
    	model = "arm64-demo Board";
    	compatible = "arm,arm64-demo";
    	
    	aliases { 
    		serial0 = &uart0;
    		serial1 = &uart1;
    		serial2 = &uart2;
    		serial3 = &uart3;
    	};
    	
    	memory@40000000 { 
    		device_type = "memory";
    		reg = <0 0x40000000 0 0x1e800000>;
    	};
    	
    	chosen { 
    		stdout-path = "serial0:921600n8";
    	};
    };
    
    &uart0 { 
    	status = "okay";
    };

dts目录下并没有 arm64-demo.dts 这样的文件，这里只是为了举例，dts目录下有其他arm芯片厂商的dts 文件可以参考一下

“/“为root节点，在一个.dts文件中，有且仅有一个root节点，\#include “arm64-demo.dtsi”，跟代码中的include 头文件的作用差不多，也就是把rm64-demo.dtsi定义的device tree节点包含到arm64-demo.dts中，虽然arm64-demo.dtsi 文件中也会有一个”/”，但是dtc编译时，会把它们合并成一个。

**1）aliases node**

aliases { 
    	serial0 = &uart0;
    	serial1 = &uart1;
    	serial2 = &uart2;
    	serial3 = &uart3;
    };

aliases 节点定义了一些别名。为何要定义这个node呢？因为Device tree是树状结构，当要引用一个node的时候要指明相对于root node的full path。例如

linux-4.10/arch/arm64/boot/dts/arm64-demo.dtsi

uart0: serial@11002000 { 
    	compatible = "mediatek,mt6795-uart",
    				 "mediatek,mt6577-uart";
    	reg = <0 0x11002000 0 0x400>;
    	interrupts = <GIC_SPI 91 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
    	clocks = <&uart_clk>;
    	status = "disabled";
    };

serial0 = &uart0; 所以serial0 就是/serial@11002000 的一个别名，uart0 是一个lable，也是/serial@11002000，使用lable需要在前面加上& 。例如

&uart0 { 
    	status = "okay";
    };

就是把/serial@11002000 节点里面的status 属性改成okay

**2）memory node**

memory@40000000 { 
    	device_type = "memory";
    	reg = <0 0x40000000 0 0x1e800000>;

对于memory node，device\_type必须为memory，memory device node是所有设备树文件的必备节点，它定义了系统物理内存的layout。reg描述了memory-mapped IO register的offset和length。对于memory node，定义了该memory的起始地址和长度，这里的0 0x40000000 是起始地址，0 0x1e800000 是内存的大小（长度）。

linux-4.10/arch/arm64/boot/dts/arm64-demo.dtsi

#address-cells = <2>;
    #size-cells = <2>;

为什么是0 0x40000000 表示起始地址，因为root 节点 \#address-cells = <2>; 表示用两个cell （32位），同样的\#size-cells = <2> 表示用两个cell （32位）。

每个node用节点名字（node name）标识，节点名字的格式是node-name@unit-address。如果该node没有reg属性，那么该节点名字中必须不能包括@和unit-address。unit-address的具体格式是和设备挂在那个bus上相关。

所以上面memory 的描述是，起始地址是 0x 80000000

**3）chosen node**

chosen { 
    	stdout-path = "serial0:921600n8";
    };

chosen node 主要用来描述由系统指定的runtime parameter，它并没有描述任何硬件设备节点信息。原先通过tag list传递的一些linux kernel运行的参数，可以通过chosen节点来传递。如command line可以通过bootargs这个property来传递。如果存在chosen node，它的parent节点必须为“/”根节点。

## 4、编译后的dtb 格式 ##

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI4ODc3MTI1_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
**1)fdt\_header**

定义在 linux-4.10/scripts/dtc/libfdt/fdt.h

struct fdt_header { 
    	fdt32_t magic;			 /* magic word FDT_MAGIC */
    	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 */
    };

off\_dt\_struct 是到dt\_struct 结构块的偏移量（相对于文件起始位置），off\_dt\_strings 是到dt\_strings字符串块的偏移量（相对于文件起始位置），off\_mem\_rsvmap 是到memory reserve map 区域的偏移量（相对于文件起始位置）。

**2）memory reserve map**

该区域保存的数据会4字节对齐

**3）dt\_struct**

结构块里面保存了dts 里面描述的设备信息，和dts 里面写的内容一致，只不过转成了另一种数据格式。节点的开始和结束，属性的开始用下面定义的标识。

linux-4.10/scripts/dtc/libfdt/fdt.h

#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

**4）off\_dt\_strings**

字符串块 保存的是dts中属性的名字，因为在不同的节点中会用到相同的属性名，为了减少保存重复的属性名字符串，所以把它们放在字符串块中，每个字符串是以\\0为结束标识。  
详细的dtb格式如上图，我们以memory 节点为例，由dts转成dtb 是怎么样的

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI4ODc3MTI1_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

memory { 
    	device_type = "memory";
    	reg = <0 0x40000000 0 0x1e800000>;
    };

00 00 00 01 6d 65 6d 6f 72 79 00 00 00 00 00 03 
        00 00 00 07 00 00 00 10 6d 65 6d 6f 72 79 00 00
        00 00 00 03 00 00 00 10 00 00 00 20 00 00 00 00
        40 00 00 00 00 00 00 00 00 1e 80 00 00 00 00 02

第一行的00 00 00 01 就是 FDT\_BEGIN\_NODE，紧接着的6d 65 6d 6f 72 79 00 00 就是节点的名称 memory（也会做4字节对齐），在往后面00 00 00 03 就是FDT\_PROP，标志这属性，第二行的00 00 00 07 指示了属性值的大小，后面的 00 00 00 10 是属性名称在dt\_strings中的偏移，这里我是随便写的，device\_type = “memory”; 属性值memory 的大小明明是6，为什么是7呢，因为要加上\\0，所以是7，后面还有00 是为了保证4字节对齐，接下来第三行又是00 00 00 03，又是一个属性的开始，也就是reg = <0 0x40000000 0 0x1e800000>; 接着一样是属性值的大小，0 0x40000000 0 0x1e800000 会占用16个字节，所以是 0x00000010，后面就是对应的值，最后的00 00 00 02 就是FDT\_END\_NODE，标识一个节点结束。

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# 1. Device Tree简介 #

Linus Torvalds在2011年3月17日的ARM Linux邮件列表宣称“**this whole ARM thing is a fucking pain in the ass**”，引发ARM Linux社区的地震，随后ARM社区进行了一系列的重大修正。在过去的ARM Linux中，`arch/arm/plat-xxx`和`arch/arm/mach-xxx`中充斥着大量的垃圾代码，相当多数的代码只是在描述板级细节（因为一块CPU芯片可以有很多块不同类型的开发板/应用板，而每一块上面的资源外设细节是各不相同，于是就造成了在该目录下有大量的冗余代码文件…），而这些板级细节对于内核来讲，不过是垃圾，如板上的platform设备、resource、i2c\_board\_info、spi\_board\_info以及各种硬件的platform\_data。

社区必须改变这种局面，于是PowerPC等其他体系架构下已经使用的Flattened Device Tree（FDT）进入ARM社区的视野。**通过引入“Flattened Device Tree”将这些描述板级硬件信息的内容都从Linux内核中分离出来，用一个专属的文件格式来描述，这个专属的文件就叫做设备树，文件扩展名为.dts。一个SOC芯片可以做出很多不同的板子，这些不同的板子肯定是有共同的信息，将这些共同信息提取出来作为一个通用的文件，而其他的.dts文件直接引用这个通用文件即可，这个通用文件就是.dtsi文件，类似于C语言中的头文件** 一般的.dts描述板级信息（也就是开发板上有哪些IIC设备、SPI设备等），.dtsi文件描述SOC芯片级的信息（也就是SOC芯片有几个CPU、主频是多少、各个外设控制器信息等） 。

Device Tree是一种描述硬件的数据结构，它起源于OpenFirmware(OF)。在Linux2.6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。

设备树文件一般放在`arch/arm/boot/dts`（限ARM架构）

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硬编码到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

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。这些设备用到的内存、IRQ等资源，也被传递给了kernel，kernel会将这些资源绑定给展开的相应的设备。

# 2. Device Tree编译 #

**编译的地方：在Linux内核工程的目录下（顶目录）输入命令：make imx6ull-alientek-emmc.dtb**

然后在目录：arch/arm/boot/dts 下就可以看到 `.dtb`文件了

名词简介：

*  DTS：设备树源码文件（.dts）-- 目录是：`arch/arm/boot/dts/` (ARM架构)
 *  DTB：是DTS编译后得到的二进制文件（.dtb）
 *  DTC：将DTS编译成DTB的编译工具 – 目录是：`scripts/dtc`

Device Tree文件的格式为dts，包含的头文件格式为dtsi，dts文件是一种人可以看懂的编码格式。但是uboot和linux不能直接识别，他们只能识别二进制文件，所以需要把dts文件编译成dtb文件。dtb文件是一种可以被kernel和uboot识别的二进制文件。把dts编译成dtb文件的工具是dtc。Linux源码目录下`scripts/dtc`目录包含dtc工具的源码。在Linux的`scripts/dtc`目录下除了提供dtc工具外，也可以自己安装dtc工具，linux下执行：`sudo apt-get install device-tree-compiler`安装dtc工具。其中还提供了一个fdtdump的工具，可以反编译dtb文件。dts和dtb文件的转换如图1所示。

dtc工具的使用方法是：`dtc –I dts –O dtb –o xxx.dtb xxx.dts`，即可生成dts文件对应的dtb文件了。

正点原子（已经写好了脚本）：

*  编译所有的dts文件：`make dtbs`
 *  编译指定的dts：`make imx6ull-alientek-emmc.dtb`

![在这里插入图片描述][20200908215537382.png_pic_center]

# 3、设备树启动 #

Linux-3.x之后的内核统一启用Device Tree机制之后，所有的设备硬件信息描述都会放到 `arch/arm/boot/dts/` 路径下的 xxx.dts文件中描述。这些dts(Device Tree Source)文件并不是C代码，而是具有相应语法格式的源文件。在编译内核时，我们可以使用 make dtbs 命令编译生成相应开发板的dtb(Device Tree Blob)文件。因为这些源文件并不是C程序，所以不是用gcc来编译，而是由其相应的编译工具dtc（Device Tree Compiler）来编译。

[device tree]: https://blog.csdn.net/xiongtiancheng/article/details/79393710
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzI4ODc3MTI1_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221123/7f1355f153c24f63bdf5f2eb0e4f8a6f.png
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