Linux设备树详解

设备树的由来

传统的LINUX内核中，ARM架构的板级硬件细节过多地被硬件编码在arch/arm/plat-xxx和arch/arm-xxx，比如platform设备，resource，
i2c_board,spi_aboard_info以及各种硬件的platform_data,这些板级细节代码对内核来讲不过是垃圾代码。
而采用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，
导致ARM的merge工作量较大。
之后经过讨论。对ARM平台的相关代码做出如下相关的规范和调整，这个也是引入DTS的原因。
1.ARM的核心代码仍然保存在arch/arm目录下
2.ARM SoC core architecture code保存在arch/arm目录下
3.ARM SoC的周边外设模块的驱动保存在drivers目录下
4.ARM SoC的特定代码在arch/arm/mach-xxx目录下
5.ARM SoC board specific的代码被移除，由Device Tree机制来负责硬件拓扑和硬件资源信息
本质上，Device Tree改变了原来用code的方式将硬件信息嵌入到内核代码的方法，改用bootloader传递一个DB的形式。对于嵌入式系统，
在系统启动阶段，bootloader会加载内核并将控制权限交给呢耦合，此外，还需要把上述的三个参数信息传递给kernel，以便有较大的灵活性，
在linux kernel中，Device Tree的设计目标就是如此。
在device tree中，可描述的信息包括：
1.CPU的数量和类别
2.内存基地址和大小
3.总线和桥
4.外设连接
5.中断控制和中断的使用情况。
6.GPIO控制器和clock使用情况
7.clock控制器和clock使用情况
它基本就是一棵电路板上的CPU，总线，设备组成的树，Bootloader会将这棵树传递给内核，然后内核来识别这棵树，
这根据它展开出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，也被传递给内核，
内核会将这些资源绑定给展开的相应设备。
Linux内核从3.x开始引入设备树的概念，用于实现驱动代码和设备信息相分离。在设备树出现以前，所有关于设备的具体信息都要写在驱动里，
一旦外围设备变化，驱动代码就要重写，引入了设备树之后，驱动代码只负责处理驱动的逻辑，而关于设备的具体信息存放到设备树文件中，
这样，如果硬件接口信息的变化而没有驱动逻辑的变化，驱动开发者只需要修改设备树文件信息，不需要改驱动代码，
比如ARM Linux内，一个.dts(device tree source)文件对应一个ARM的machine,一般放置在内核的“arch/arm/booot/dts”目录内，
比如stm1a-dk1参考板的板级设备文件就是“arch/arm/boot/dts/”目录内，
比如stm1a-dk1参考板的板级设备树文件就是“arch/arm/boot/stm32mp157a-dk1.dts”。
这个文件可以通过make ditbs命令编译成二进制的.dtb文件供内核驱动使用。
基于同样的的软件分层设计的思想，由于一个SoC可能对应多个machine,如果每个machine的设备树都写成一个完全独立的.dts文件，
那么势必相当一些.dts文件有重复的部分，为了解决这个问题，
Linux设备树目录把SoC公用的部分或者多个machine共同部分提炼为了相应的.disi文件。这样每个.dts就只有自己差异的部分，
公有的部分只需要“include”相应的.dtsi文件。这样整个设备树的管理更加有序.
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设备树基础知识

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例如stm32mp157a-dk1.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,一个dts文件对应一个ARM的machine
dtsi
对于一些相同的dts配置可以抽象到dtsi文件中，然后类似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
dtc
dtc是编译dts的工具，可以在Ubuntu系统上通过指令apt-get insatll device-tree-complier安装dtc工具，不过在内核源码scripts/dtc路径下包含了dtc工具；
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；

DTS结构

/dts-v1/;
/ {
     
node1 {
     a-string-property = "A string"; 
a-string-list-property = "first string", "second string"; 
// hex is implied in byte arrays. no '0x' prefix is required
a-byte-data-property = [01 23 34 56];
child-node1 {
    9 first-child-property;
second-child-property = <1>;
a-string-property = "Hello, world";
 };
 child-node2 {
   
 };
 };

node2 {
   
 an-empty-property;
 a-cell-property = <1 2 3 4>; /* each number (cell) is a uint32 */
 child-node1 {
   
 };
 };
};
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device tree的基本单元是一个node。这些node被组织成树状结构，除了root node，每个node都只有一个parent。一个device tree文件中只能有一个root node。每个node中包含了若干的property/value来描述node的一些特性。每个node用节点名字(node name)标识，节点名字的格式node-name@unit-address。如果该node没有reg属性(后面会描述这个property),
bus上相关。例如对cpu，其unit-address就是寄存器地址。root node的node name是确定的，必须是"/."。

从上面的设备树可以看到
1）一个根节点“/”;
2）根节点下面有可以有多个子节点
3）子节点可以包含自己的子节点如“child-node1”，“child-node2”
4）各个几点都有一系列的属性 (property)
（1）这些属性可能为空，如an-empty-property
(2) 可能为字符 a-string-proerty
(3) 可能为字符串树组 a-string-list-property
(4) 可能为cells(由u32)整型组成，如second-child-property

DTS语法介绍

基本数据类型：
1）text string(以null结束)，以双引号括起来，如：string-property=“a string”;
2)cells是无符号32位无符号整型数，以括号括起来，如cell-proerty=<0xbeef 123 0xabcd1234>；
3)binary data 以方括号括起来，如：binary-property = [0x01 0x23 0x45 0x67]；
4)不同类型数据可以在同一个属性中存在，以逗号分格，如：mixed-property = “a string”, [0x01 0x23 0x45 0x67]，<0x12345678>；
5)多个字符串组成的列表也使用逗号分格，如：string-list = “red fish”,”blue fish”;

DTS组成

compatible

/ {
   
 model = "st FS-MP1A Discovery Board&
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