1、設(shè)備樹的概念

在內(nèi)核源碼中，存在大量對(duì)板級(jí)細(xì)節(jié)信息描述的代碼。這些代碼充斥在/arch/arm/plat-xxx和/arch/arm/mach-xxx目錄，對(duì)內(nèi)核而言這些platform設(shè)備、resource、i2c_board_info、spi_board_info以及各種硬件的platform_data絕大多數(shù)純屬垃圾冗余代碼。為了解決這一問題，ARM內(nèi)核版本3.x之后引入了原先在Power PC等其他體系架構(gòu)已經(jīng)使用的Flattened Device Tree。

開源文檔中對(duì)設(shè)備樹的描述是，一種描述硬件資源的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，它通過bootloader將硬件資源傳給內(nèi)核，使得內(nèi)核和硬件資源描述相對(duì)獨(dú)立。

Device Tree可以描述的信息包括CPU的數(shù)量和類別、內(nèi)存基地址和大小、總線和橋、外設(shè)連接、中斷控制器和中斷使用情況、GPIO控制器和GPIO使用情況、Clock控制器和Clock使用情況。

另外，設(shè)備樹對(duì)于可熱插拔的設(shè)備不進(jìn)行具體描述，它只描述用于控制該熱插拔設(shè)備的控制器。

設(shè)備樹的主要優(yōu)勢(shì)：對(duì)于同一SOC的不同主板，只需更換設(shè)備樹文件.dtb即可實(shí)現(xiàn)不同主板的無差異支持，而無需更換內(nèi)核文件。

（注：要使得3.x之后的內(nèi)核支持使用設(shè)備樹，除了內(nèi)核編譯時(shí)需要打開相對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)外，bootloader也需要支持將設(shè)備樹的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)傳給內(nèi)核。）

2、設(shè)備樹的組成和使用

設(shè)備樹包含DTC（device tree compiler），DTS（device tree source和DTB（device tree blob）。其對(duì)應(yīng)關(guān)系如下圖所示：

2.1 DTS和DTSI(源文件)

.dts文件是一種ASCII文本對(duì)Device Tree的描述，放置在內(nèi)核的/arch/arm/boot/dts目錄。一般而言，一個(gè).dts文件對(duì)應(yīng)一個(gè)ARM的machine。

由于一個(gè)SOC可能有多個(gè)不同的電路板（ .dts文件為板級(jí)定義， .dtsi文件為SoC級(jí)定義），而每個(gè)電路板擁有一個(gè) .dts。這些dts勢(shì)必會(huì)存在許多共同部分，為了減少代碼的冗余，設(shè)備樹將這些共同部分提煉保存在.dtsi文件中，供不同的dts共同使用。.dtsi的使用方法，類似于C語言的頭文件，在dts文件中需要進(jìn)行include .dtsi文件。當(dāng)然，dtsi本身也支持include 另一個(gè)dtsi文件。

2.2 DTC (編譯工具)

DTC為編譯工具，dtc編譯器可以把dts文件編譯成為dtb，也可把dtb編譯成為dts文件。在3.x內(nèi)核版本中，DTC的源碼位于內(nèi)核的scripts/dtc目錄，內(nèi)核選中CONFIG_OF，編譯內(nèi)核的時(shí)候，主機(jī)可執(zhí)行程序DTC就會(huì)被編譯出來。即scripts/dtc/Makefile中

hostprogs-y := dtcalways := $(hostprogs-y)

在內(nèi)核的
arch/arm/boot/dts/Makefile中，若選中某種SOC，則與其對(duì)應(yīng)相關(guān)的所有dtb文件都將編譯出來。在linux下，make dtbs可單獨(dú)編譯dtb。以下截取了TEGRA平臺(tái)的一部分。

ifeq ($(CONFIG_OF),y)dtb-$(CONFIG_ARCH_TEGRA) += tegra20-harmony.dtb tegra30-beaver.dtb tegra114-dalmore.dtb tegra124-ardbeg.dtb

在2.6.x版本內(nèi)核中，只在powerpc架構(gòu)下使用了設(shè)備樹，DTC的源碼位于內(nèi)核的arch/powerpc/boot/dtc-src目錄，編譯內(nèi)核后，可將DTC編譯出來，DTC編譯工具位于arch/powerpc/boot目錄下。

2.3 DTB (二進(jìn)制文件)

DTC編譯.dts生成的二進(jìn)制文件（.dtb），bootloader在引導(dǎo)內(nèi)核時(shí)，會(huì)預(yù)先讀取.dtb到內(nèi)存，進(jìn)而由內(nèi)核解析。

在2.6.x版本內(nèi)核中，在powerpc架構(gòu)下，dtb文件可以單獨(dú)進(jìn)行編譯，編譯命令格式如下：

dtc [-I input-format] [-O output-format][-o output-filename] [-V output_version] input_filename

參數(shù)說明

input-format：
- “dtb”: “blob” format
- “dts”: “source” format.
- “fs” format.
output-format：
- “dtb”: “blob” format
- “dts”: “source” format
- “asm”: assembly language file
output_version：

定義”blob”的版本，在dtb文件的字段中有表示，支持1　2　3和16,默認(rèn)是3,在16版本上有許多特性改變

(1) Dts編譯生成dtb

./dtc -I dts -O dtb -o B_dtb.dtb A_dts.dts

把A_dts.dts編譯生成B_dtb.dtb

(2) Dtb編譯生成dts

./dtc -I dtb -O dts -o A_dts.dts A_dtb.dtb

把A_dtb.dtb反編譯生成為A_dts.dts

在linux 3.x內(nèi)核中，可以使用make的方式進(jìn)行編譯。

2.4 Bootloader(boottloader支持)

Bootloader需要將設(shè)備樹在內(nèi)存中的地址傳給內(nèi)核。在ARM中通過bootm或bootz命令來進(jìn)行傳遞。

bootm [kernel_addr] [initrd_address] [dtb_address]，其中kernel_addr為內(nèi)核鏡像的地址，initrd為initrd的地址，dtb_address為dtb所在的地址。若initrd_address為空，則用“-”來代替。

（小編自己整理了一些個(gè)人覺得比較好的學(xué)習(xí)書籍、視頻資料有需要的可以私信回復(fù)【內(nèi)核】自行免費(fèi)領(lǐng)取哦！！）

3、linux內(nèi)核對(duì)硬件的描述方式

在以前的內(nèi)核版本中：

1）內(nèi)核包含了對(duì)硬件的全部描述；

2）bootloader會(huì)加載一個(gè)二進(jìn)制的內(nèi)核鏡像，并執(zhí)行它，比如uImage或者zImage；

3）bootloader會(huì)提供一些額外的信息，成為ATAGS，它的地址會(huì)通過r2寄存器傳給內(nèi)核；

ATAGS包含了內(nèi)存大小和地址，kernel command line等等；

4）bootloader會(huì)告訴內(nèi)核加載哪一款board，通過r1寄存器存放的machine type integer；

5）U-Boot的內(nèi)核啟動(dòng)命令：bootm <kernel img addr>

6）Barebox變量：bootm.image (?)

現(xiàn)今的內(nèi)核版本使用了Device Tree：

1）內(nèi)核不再包含對(duì)硬件的描述，它以二進(jìn)制的形式單獨(dú)存儲(chǔ)在另外的位置：the device tree blob

2）bootloader需要加載兩個(gè)二進(jìn)制文件：內(nèi)核鏡像和DTB

內(nèi)核鏡像仍然是uImage或者zImage；

DTB文件在arch/arm/boot/dts中，每一個(gè)board對(duì)應(yīng)一個(gè)dts文件；

3）bootloader通過r2寄存器來傳遞DTB地址，通過修改DTB可以修改內(nèi)存信息，kernel command line，以及潛在的其它信息；

4）不再有machine type；

5）U-Boot的內(nèi)核啟動(dòng)命令：bootm <kernel img addr> - <dtb addr>

6）Barebox變量：bootm.image,bootm.oftree

有些bootloader不支持Device Tree，或者有些專門給特定設(shè)備寫的版本太老了，也不包含。為了解決這個(gè)問題，CONFIG_ARM_AppENDED_DTB被引進(jìn)。

它告訴內(nèi)核，在緊跟著內(nèi)核的地址里查找DTB文件；

由于沒有built-in Makefile rule來產(chǎn)生這樣的內(nèi)核，因此需要手動(dòng)操作：

        cat arch/arm/boot/zImage arch/arm/boot/dts/myboard.dtb > my-zImage        mkimage ... -d my-zImage my-uImage

(cat這個(gè)命令，還能夠直接合并兩個(gè)mp3文件哦！so easy！)

另外，
CONFIG_ARM_ATAG_DTB_COMPAT選項(xiàng)告訴內(nèi)核去bootloader里面讀取ATAGS，并使用它們升級(jí)DT。

4、DTB加載及解析過程

先從uboot里的do_bootm出發(fā)，根據(jù)之前描述，DTB在內(nèi)存中的地址通過bootm命令進(jìn)行傳遞。在bootm中，它會(huì)根據(jù)所傳進(jìn)來的DTB地址，對(duì)DTB所在內(nèi)存做一系列操作，為內(nèi)核解析DTB提供保證。上圖為對(duì)應(yīng)的函數(shù)調(diào)用關(guān)系圖。

在do_bootm中，主要調(diào)用函數(shù)為do_bootm_states，第四個(gè)參數(shù)為bootm所要處理的階段和狀態(tài)。

在do_bootm_states中，bootm_start會(huì)對(duì)lmb進(jìn)行初始化操作，lmb所管理的物理內(nèi)存塊有三種方式獲取。起始地址，優(yōu)先級(jí)從上往下：

環(huán)境變量“bootm_low”
宏CONFIG_SYS_SDRAM_BASE（在tegra124中為0x80000000）
gd->bd->bi_dram[0].start

大小：

環(huán)境變量“bootm_size”
gd->bd->bi_dram[0].size

經(jīng)過初始化之后，這塊內(nèi)存就歸lmb所管轄。接著，調(diào)用bootm_find_os進(jìn)行kernel鏡像的相關(guān)操作，這里不具體闡述。

還記得之前講過bootm的三個(gè)參數(shù)么，第一個(gè)參數(shù)內(nèi)核地址已經(jīng)被bootm_find_os處理，而接下來的兩個(gè)參數(shù)會(huì)在bootm_find_other中執(zhí)行操作。

首先，bootm_find_other根據(jù)第二個(gè)參數(shù)找到ramdisk的地址，得到ramdisk的鏡像；然后根據(jù)第三個(gè)參數(shù)得到DTB鏡像，同檢查kernel和ramdisk鏡像一樣，檢查DTB鏡像也會(huì)進(jìn)行一系列的校驗(yàn)工作，如果校驗(yàn)錯(cuò)誤，將無法正常啟動(dòng)內(nèi)核。另外，uboot在確認(rèn)DTB鏡像無誤之后，會(huì)將該地址保存在環(huán)境變量“fdtaddr”中。

接著，uboot會(huì)把DTB鏡像reload一次，使得DTB鏡像所在的物理內(nèi)存歸lmb所管理：

①
boot_fdt_add_mem_rsv_regions會(huì)將原先的內(nèi)存DTB鏡像所在的內(nèi)存置為reserve，保證該段內(nèi)存不會(huì)被其他非法使用，保證接下來的reload數(shù)據(jù)是正確的；

②boot_relocate_fdt會(huì)在bootmap區(qū)域中申請(qǐng)一塊未被使用的內(nèi)存，接著將DTB鏡像內(nèi)容復(fù)制到這塊區(qū)域（即歸lmb所管理的區(qū)域）

注：若環(huán)境變量中，指定“fdt_high”參數(shù)，則會(huì)根據(jù)該值，調(diào)用lmb_alloc_base函數(shù)來分配DTB鏡像reload的地址空間。若分配失敗，則會(huì)停止bootm操作。因而，不建議設(shè)置fdt_high參數(shù)。

接下來，do_bootm會(huì)根據(jù)內(nèi)核的類型調(diào)用對(duì)應(yīng)的啟動(dòng)函數(shù)。與linux對(duì)應(yīng)的是do_bootm_linux。

① boot_prep_linux

為啟動(dòng)后的kernel準(zhǔn)備參數(shù)

② boot_jump_linux

以上是boot_jump_linux的片段代碼，可以看出：若使用DTB，則原先用來存儲(chǔ)ATAG的寄存器R2，將會(huì)用來存儲(chǔ).dtb鏡像地址。

boot_jump_linux最后將調(diào)用kernel_entry，將.dtb鏡像地址傳給內(nèi)核。

下面我們來看下內(nèi)核的處理部分：

在arch/arm/kernel/head.S中，有這樣一段：

_vet_atags定義在
/arch/arm/kernel/head-common.S中，它主要對(duì)DTB鏡像做了一個(gè)簡(jiǎn)單的校驗(yàn)。

真正解析處理dbt的開始部分，是setup_arch->setup_machine_fdt。這部分的處理在第五部分的machine_mdesc中有提及。

如圖，是setup_machine_fdt中的解析過程。

解析chosen節(jié)點(diǎn)將對(duì)boot_command_line進(jìn)行初始化。
解析根節(jié)點(diǎn)的{size，address}將對(duì)dt_root_size_cells，dt_root_addr_cells進(jìn)行初始化。為之后解析memory等其他節(jié)點(diǎn)提供依據(jù)。
解析memory節(jié)點(diǎn)，將會(huì)把節(jié)點(diǎn)中描述的內(nèi)存，加入memory的bank。為之后的內(nèi)存初始化提供條件。
解析設(shè)備樹在函數(shù)unflatten_device_tree中完成，它將.dtb解析成device_node結(jié)構(gòu)（第五部分有其定義），并構(gòu)成單項(xiàng)鏈表，以供OF的API接口使用。

下面主要結(jié)合代碼分析：/drivers/of/fdt.c