你眼中的Linux設(shè)備樹是怎樣的？

設(shè)備樹(Device tree)是一套用來描述硬件屬相的規(guī)則。ARM Linux采用設(shè)備樹機(jī)制源于2011年3月份Linux創(chuàng)始人Linus Torvalds發(fā)的一封郵件，在這封郵件中他提倡ARM平臺應(yīng)該參考其他平臺如PowerPC的設(shè)備樹機(jī)制描述硬件。因為在此之前，ARM平臺還是采用舊的機(jī)制，在kernel/arch/arm/plat-xxx目錄和kernel/arch/arm/mach-xxx目錄下用代碼描述硬件，如注冊platform設(shè)備，聲明設(shè)備的resource等。因為這些代碼都是用來描述芯片平臺及板級差異的，所以對于內(nèi)核來講都是垃圾代碼。因為嵌入式平臺中很多公司的芯片采用的都是ARM架構(gòu)，隨著Android的成功，這些代碼越來越多。據(jù)說常見的平臺如s3c2410板級目錄下邊的代碼有數(shù)萬行，難怪Linux Torvalds會說“this whole ARM thing is a ***ing pain in the ass”。

內(nèi)核中關(guān)于設(shè)備樹的文檔位于kernel/Documentation/devicetree/目錄。設(shè)備樹是Power.org組織定義的一套規(guī)范，規(guī)范文檔可以在官網(wǎng)上找到，目前最新的版本是https://www.power.org/documentation/epapr-version-1-1/。內(nèi)核中設(shè)備樹相關(guān)的函數(shù)都是以of開頭的，我推測原因是設(shè)備樹機(jī)制是源于IEEE 1275 Open Firmware standard規(guī)范的，相關(guān)的代碼都是繼承下來的。如果想快速了解下設(shè)備樹怎么用，可以參考http://devicetree.org/Device_Tree_Usage。

設(shè)備樹是從軟件使用的角度描述硬件的，不是從硬件設(shè)計的角度描述的。我們在寫設(shè)備樹時沒有必要按照硬件邏輯生搬硬套，也不要指望通過閱讀設(shè)備樹弄清楚硬件是如何設(shè)計的。對于軟件可以自動識別的硬件，如USB設(shè)備，PCI設(shè)備，也是沒有必要通過設(shè)備樹描述的。

我個人覺得規(guī)范內(nèi)容是可以分為兩個層次的。第一層是關(guān)于設(shè)備樹組織形式的，如設(shè)備樹結(jié)構(gòu)，節(jié)點名字的構(gòu)成等，第一個層次是基礎(chǔ)，是理解第二個層次的前提。第二層是關(guān)于設(shè)備樹內(nèi)容的，如多核CPU怎樣描述，一個具體的設(shè)備如何描述。第二層可以看成是第一層的具體應(yīng)用。相對來說第二層內(nèi)容更多，更具體，根據(jù)描述的內(nèi)容不同，定義規(guī)范的方式也有差別，比如關(guān)于CPU，內(nèi)存，中斷這些基礎(chǔ)的內(nèi)容，是在epapr中說明的，而關(guān)于外設(shè)的規(guī)范是在專門的地方說明的。

DTS(Device tree syntax，另一種說法是Device tree source)是設(shè)備樹源文件，為了方便閱讀及修改，采用文本格式。DTC(Device tree compiler)是一個小工具，負(fù)責(zé)將DTS轉(zhuǎn)換成DTB(Device tree blob)。DTB是DTS的二進(jìn)制形式，供機(jī)器使用。使用中，我們首先根據(jù)硬件修改DTS文件，然后在編譯的時候通過DTC工具將DTS文件轉(zhuǎn)換成DTB文件，然后將DTB文件燒寫到機(jī)器上(如emmc，磁盤等存儲介質(zhì))。系統(tǒng)啟動時，fastboot(或者類似的啟動程序，如Uboot)在啟動內(nèi)核前將DTB文件讀到內(nèi)存中，跳轉(zhuǎn)到內(nèi)核執(zhí)行的同時將DTB起始地址傳給內(nèi)核。內(nèi)核通過起始地址就可以根據(jù)DTB的結(jié)構(gòu)解析整個設(shè)備樹。說設(shè)備樹的規(guī)范可以分成兩個層次，是針對DTS的，關(guān)于DTB的結(jié)構(gòu)不在此范圍內(nèi)。DTB僅僅是為了方便機(jī)器使用而對DTS的轉(zhuǎn)換而已(也可以說DTS僅是為了方便人類使用而對DTB的一種描述)。

設(shè)備樹首先是一個樹形結(jié)構(gòu)，并且是一棵樹。除了根節(jié)點外其他子節(jié)點都有唯一的父節(jié)點，節(jié)點下可以有子節(jié)點和屬性(子節(jié)點可以看成是樹枝，屬性可以看成是葉子)。屬性由名字和值組成(名字是必須的，但是值不是必須的，如果只要根據(jù)是否存在這個屬性就可以表示我們想要的功能，那么可以不需要有值)。

下邊是我們從內(nèi)核代碼中截取的一個DTS片段?！?”表示根節(jié)點?！癿odel = "Newflow AM335x NanoBone"”是根節(jié)點下邊的屬性。“cpus”是根節(jié)點的一個子節(jié)點?！癱pu0-supply = <&dcdc2_reg>”是“cpu@0”子節(jié)點下的屬性。節(jié)點下的屬性用來表示節(jié)點的特性，子節(jié)點和父節(jié)點具有一定的從屬關(guān)系。真實的硬件不可能是這樣規(guī)則的樹形結(jié)構(gòu)，所以設(shè)備樹僅是軟件開發(fā)人員為了描述硬件而做的一個近似表示而已，連抽象都算不上。

/ {
?? ?model = "Newflow AM335x NanoBone";
?? ?compatible = "ti,am33xx";

?? ?cpus {
?? ??? ?cpu@0 {
?? ??? ??? ?cpu0-supply = <&dcdc2_reg>;
?? ??? ?};
?? ?};

?? ?memory {
?? ??? ?device_type = "memory";
?? ??? ?reg = <0x80000000 0x10000000>; /* 256 MB */
?? ?};

?? ?leds {
?? ??? ?compatible = "gpio-leds";

?? ??? ?led@0 {
?? ??? ??? ?label = "nanobone:green:usr1";
?? ??? ??? ?gpios = <&gpio1 5 0>;
?? ??? ??? ?default-state = "off";
?? ??? ?};
?? ?};
};


?