Linux DTS (Device Tree Source)设备树源码

1. 简介

• 概念：设备树(Device Tree)，将这个词分开就是“设备”和“树”，描述设备树的文件叫做 DTS(Device Tree Source)，这个 DTS 文件采用树形结构描述板级设备，也就是开发板上的设备信息，比如 CPU 数量、 内存基地址、IIC 接口上接了哪些设备、SPI 接口上接了哪些设备等等。如下图所示
  

• 树的主干就是系统总线，IIC 控制器、GPIO 控制器、SPI 控制器等都是接 到系统主线上的分支。IIC 控制器有分为 IIC1 和 IIC2 两种，其中 IIC1 上接了 FT5206 和 AT24C02 这两个 IIC 设备，IIC2 上只接了 MPU6050 这个设备。DTS 文件的主要功能就是按图所示的结构来描述板子上的设备信息。

• DTS 是为 Linux 提供一种硬件信息的描述方法，以此代替源码中的 硬件编码 (hard code)。DTS 即 Device Tree Source 设备树源码， Device Tree 是一种描述硬件的数据结构，起源于 OpenFirmware (OF). 在 Linux 2.6 中， ARM 架构的板级硬件细节过多的被硬编码在 arch/arm/plat-xxx 和 arch/arm/mach-xxx (比如板上的 platform 设备，resource， i2c_board_info, spi_board_info 以及各种硬件的 platform_data）, 这些板级细节代码对内核来讲只不过是垃圾代码。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。

• DTS设备树描述文件中什么代表总线，什么代表设备

  • 设备：一个含有compatible属性的节点就是一个设备
  • 总线：包含一组设备节点的父节点即为总线

1.1 引入DTS的原因

• 对ARM平台的相关code做出如下相关规范调整，这个也正是引入DTS的原因：
  • ARM的核心代码仍然保存在arch/arm目录下
  • ARM SoC core architecture code保存在arch/arm目录下
  • ARM SOC的周边外设模块的驱动保存在drivers目录下
  • ARM SOC的特定代码在arch/arm/mach-xxx目录下
  • ARM SOC board specific的代码被移除，由DeviceTree机制来负责传递硬件拓扑和硬件资源信息。
• 本质上，Device Tree改变了原来用hardcode方式将HW 配置信息嵌入到内核代码的方法，改用bootloader传递一个DB的形式。
• 如果我们认为kernel是一个black box，那么其输入参数应该包括：
  • 识别platform的信息
  • runtime的配置参数
  • 设备的拓扑结构以及特性
• 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转交给内核，此外， 还需要把上述的三个参数信息传递给kernel，以便kernel可以有较大的灵活性。在linux kernel中，Device Tree的设计目标就是如此。

1.2 文件格式

缩写	描述
DTS(.dts)	设备树源文件（描述板级信息：开发板上有哪些 IIC 设备、SPI 设备等）
DTS(.dtb)	设备树编译文件
.dtsi	设备树头文件（描述SOC级信息：CPU 架构、主频、外设寄存器地址范围等）
DTC	将.dts 编译为.dtb：DTC的源代码位于内核的scripts/dtc目录，在Linux内核使能了Device Tree的情况下， 编译内核的时候主机工具dtc会被编译出来，对应scripts/dtc/Makefile中的“hostprogs-y := dtc”这一hostprogs编译target。 在Linux内核的arch/arm/boot/dts/Makefile中，描述了当某种SoC被选中后，哪些.dtb文件会被编译出来

• 设备树相关文件均在 arch/arm/boot/dts/ 文件夹
• DTC 工具源码在 Linux 内核的 scripts/dtc 目录下
• DTC 工具依赖于 dtc.c、flattree.c、fstree.c 等文件，最终编译并链接出 DTC 这个主机文件
• 在 arch/arm/boot/dts/Makefile 中新增需要编译的DTS文件。
• 如果要编译 DTS 文件的话只需要进入到 Linux 源码根目录下，然后执行如下命令：
  • make all：编译 Linux 源码中的所有东西，包括 zImage，.ko 驱动模块以及设备 树
  • make dtbs：仅编译设备树

2. DTS语法

• DTS中常用符号的含义

符号	描述
/	根节点
@	如果设备有地址，则由此符号指定
&	引用节点
：	冒号前的label是为了方便引用给节点起的别名，此label一般使用为&label
，	属性名称中可以包含逗号。如compatible属性的名字 组成方式为”[manufacturer], [model]”，加入厂商名是为了避免重名。自定义属性名中通常也要有厂商名，并以逗号分隔。
#	#并不表示注释。如 #address-cells ，#size-cells 用来决定reg属性的格式
	空属性并不一定表示没有赋值。如 interrupt-controller 一个空属性用来声明这个node接收中断信号数据类型
””	引号中的为字符串，字符串数组：”strint1”,”string2”,”string3”
< >	尖括号中的为32位整形数字，整形数组<12 3 4>
[ ]	方括号中的为32位十六进制数，十六机制数据[0x11 0x12 0x13] 其中0x可省略

2.1 .dtsi头文件

• 在 .dts 设备树文件中，可以通过“#include ”来引用 .h 、 .dtsi 和 .dts 文件。
• .dtsi 文件用于描述 SOC 的内部外设信息，比如 CPU 架构、主频、外设寄存器地址范围，比如 UART 、 IIC 等等。

2.2 设备节点

• 设备树是采用树形结构来描述板子上的设备信息的文件，每个设备都是一个节点，叫做设备节点，每个节点都通过一些属性信息来描述节点信息，属性就是 键值对。每个节点都有不同属性，不同的属性又有不同的内容，属性都是键值对，值可以为空或任意的字节流。
• .dts举例说明

/ {
   
    
    aliases {
   
    
        can0 = &flexcan1; 
    };

    cpus {
   
    
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;

        cpu0: cpu@0 {
   
   
        compatible = "arm,cortex-a7";
        device_type = "cpu";
        reg = <0>;
        };
    };

    intc: interrupt-controller@00a01000 {
   
   
        compatible = "arm,cortex-a7-gic";
        #interrupt-cells = <3>;
        interrupt-controller;
        reg = <0x00a01000 0x1000>,
        <0x00a02000 0x100>;
    };
}

• “/”是根节点，每个设备树文件只有一个根节点。

2.2.1 设备树中节点命名格式

• 节点标签：节点名@设备的地址或寄存器首地址

label: node-name@unit-address ​​​
// e.g.:
cpu0:cpu@0 

2.2.2 设备树源码中常用的几种数据类型

1) 字符串

compatible ="arm,cortex-a7";

上述代码设置 compatible 属性的值为字符串“arm,cortex-a7”。