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Linux Device Tree的基本概念

2019年10月12日 文章来源:网络整理 热度:77℃ 作者:刘英

一些背景知识(例如:为何要引入Device Tree,这个机制是用来解决什么问题的)请参考引入Device Tree的原因,本文主要是介绍Device Tree的基础概念。

简单的说,如果要使用Device Tree,首先用户要了解自己的硬件配置和系统运行参数,并把这些信息组织成Device Tree source file。通过DTC(Device Tree Compiler),可以将这些适合人类阅读的Device Tree source file变成适合机器处理的Device Tree binary file(有一个更好听的名字,DTB,device tree blob)。在系统启动的时候,boot program(例如:firmware、bootloader)可以将保存在flash中的DTB copy到内存(当然也可以通过其他方式,例如可以通过bootloader的交互式命令加载DTB,或者firmware可以探测到device的信息,组织成DTB保存在内存中),并把DTB的起始地址传递给client program(例如OS kernel,bootloader或者其他特殊功能的程序)。对于计算机系统(computer system),一般是firmware->bootloader->OS,对于嵌入式系统,一般是bootloader->OS。

本文主要描述下面两个主题:

1、Device Tree source file语法介绍

2、Device Tree binaryfile格式介绍

二、Device Tree的结构

在描述Device Tree的结构之前,我们先问一个基础问题:是否Device Tree要描述系统中的所有硬件信息?答案是否定的。基本上,那些可以动态探测到的设备是不需要描述的,例如USB device。不过对于SOC上的usb host controller,它是无法动态识别的,需要在device tree中描述。同样的道理,在computer system中,PCI device可以被动态探测到,不需要在device tree中描述,但是PCI bridge如果不能被探测,那么就需要描述之。

为了了解Device Tree的结构,我们首先给出一个Device Tree的示例:

/ o device-tree 
      |- name = "device-tree" 
      |- model = "MyBoardName" 
      |- compatible = "MyBoardFamilyName" 
      |- #address-cells =  
      |- #size-cells =  
      |- linux,phandle =  
      | 
      o cpus 
      | | - name = "cpus" 
      | | - linux,phandle =  
      | | - #address-cells =  
      | | - #size-cells =  
      | | 
      | o PowerPC,970@0 
      |   |- name = "PowerPC,970" 
      |   |- device_type = "cpu" 
      |   |- reg =  
      |   |- clock-frequency =  
      |   |- 64-bit 
      |   |- linux,phandle =  
      | 
      o memory@0 
      | |- name = "memory" 
      | |- device_type = "memory" 
      | |- reg =
      | |- linux,phandle =  
      | 
      o chosen 
        |- name = "chosen" 
        |- bootargs = "root=/dev/sda2" 
        |- linux,phandle =

从上图中可以看出,device tree的基本单元是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来描述该node的一些特性。每个node用节点名字(node name)标识,节点名字的格式是node-name@unit-address。如果该node没有reg属性(后面会描述这个property),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。例如对于cpu,其unit-address就是从0开始编址,以此加一。而具体的设备,例如以太网控制器,其unit-address就是寄存器地址。root node的node name是确定的,必须是“/”。

在一个树状结构的device tree中,如何引用一个node呢?要想唯一指定一个node必须使用full path,例如/node-name-1/node-name-2/node-name-N。在上面的例子中,cpu node我们可以通过/cpus/PowerPC,970@0访问。

属性(property)值标识了设备的特性,它的值(value)是多种多样的:

1、可能是空,也就是没有值的定义。例如上图中的64-bit ,这个属性没有赋值。

2、可能是一个u32、u64的数值(值得一提的是cell这个术语,在Device Tree表示32bit的信息单位)。例如#address-cells = 。当然,可能是一个数组。例如

4、可能是一个字符串。例如device_type = "memory" ,当然也可能是一个string list。例如"PowerPC,970"

三、Device Tree source file语法介绍

了解了基本的device tree的结构后,我们总要把这些结构体现在device tree source code上来。在linux kernel中,扩展名是dts的文件就是描述硬件信息的device tree source file,在dts文件中,一个node被定义成:

[label:] node-name[@unit-address] { 
   [properTIes definiTIons] 
   [child nodes] 
}

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