device tree 简介

1、什么是设备树（device tree）

它是一种描述硬件资源的数据结构，可以通过bootloader将它传给内核，内核（driver）使用它对硬件进行初始化，好处是使得内核和硬件资源描述相对独立，不需要太多的硬编码。

2、设备树的相关名词
1）DTS（device tree source）
.dts文件是一种ASCII文本对Device Tree的描述，位于linux-4.10//arch/arm64/boot/dts目录下。

2）DTC（device tree compiler）
DTC为编译工具，它可以将.dts文件编译成.dtb文件，DTC的源码位于linux-4.10/scripts/dtc目录下。

3）DTB（device tree blob）

DTC编译.dts生成的二进制文件（.dtb），bootloader在加载内核时，也会同时把.dtb加载到内存，后面传递给内核使用。

3、DTS 文件格式

例如 linux-4.10/arch/arm64/boot/dts/arm64-demo.dts 

16 #include "arm64-demo.dtsi"
17 
18 / {
19 	model = "arm64-demo Board";
20 	compatible = "arm,arm64-demo";
21 
22 	aliases {
23 		serial0 = &uart0;
24 		serial1 = &uart1;
25 		serial2 = &uart2;
26 		serial3 = &uart3;
27 	};
28 
29 	memory@40000000 {
30 		device_type = "memory";
31 		reg = <0 0x40000000 0 0x1e800000>;
32 	};
33 
34 	chosen {
35 		stdout-path = "serial0:921600n8";
36 	};
37 };
38 
39 &uart0 {
40 	status = "okay";
41 };

dts目录下并没有 arm64-demo.dts 这样的文件，这里只是为了举例，dts目录下有其他arm芯片厂商的dts 文件可以参考一下

"/"为root节点，在一个.dts文件中，有且仅有一个root节点，#include "arm64-demo.dtsi"，跟代码中的include 头文件的作用差不多，也就是把rm64-demo.dtsi定义的device tree节点包含到arm64-demo.dts中，虽然arm64-demo.dtsi 文件中也会有一个"/"，但是dtc编译时，会把它们合并成一个。

1）aliases node

22 	aliases {
23 		serial0 = &uart0;
24 		serial1 = &uart1;
25 		serial2 = &uart2;
26 		serial3 = &uart3;
27 	};

aliases 节点定义了一些别名。为何要定义这个node呢？因为Device tree是树状结构，当要引用一个node的时候要指明相对于root node的full path。例如

linux-4.10/arch/arm64/boot/dts/arm64-demo.dtsi

140 	uart0: serial@11002000 {
141 		compatible = "mediatek,mt6795-uart",
142 			     "mediatek,mt6577-uart";
143 		reg = <0 0x11002000 0 0x400>;
144 		interrupts = <GIC_SPI 91 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW>;
145 		clocks = <&uart_clk>;
146 		status = "disabled";
147 	};

serial0 = &uart0; 所以serial0 就是/serial@11002000 的一个别名，uart0 是一个lable，也是/serial@11002000，使用lable需要在前面加上& 。例如

39 &uart0 {
40 	status = "okay";
41 };

就是把/serial@11002000 节点里面的status 属性改成okay

2）memory node

29 	memory@40000000 {
30 		device_type = "memory";
31 		reg = <0 0x40000000 0 0x1e800000>;
32 	

对于memory node，device_type必须为memory，memory device node是所有设备树文件的必备节点，它定义了系统物理内存的layout。reg描述了memory-mapped IO register的offset和length。对于memory node，定义了该memory的起始地址和长度，这里的0 0x40000000 是起始地址，0 0x1e800000 是内存的大小（长度）。

linux-4.10/arch/arm64/boot/dts/arm64-demo.dtsi

20 	#address-cells = <2>;
21 	#size-cells = <2>;

为什么是0 0x40000000 表示起始地址，因为root 节点 #address-cells = <2>; 表示用两个cell （32位），同样的#size-cells = <2> 表示用两个cell （32位）。

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，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。

所以上面memory 的描述是，起始地址是 0x 80000000

3）chosen node

34 	chosen {
35 		stdout-path = "serial0:921600n8";
36 	};

chosen node 主要用来描述由系统指定的runtime parameter，它并没有描述任何硬件设备节点信息。原先通过tag list传递的一些linux kernel运行的参数，可以通过chosen节点来传递。如command line可以通过bootargs这个property来传递。如果存在chosen node，它的parent节点必须为“/”根节点。

4、编译后的dtb 格式

1)fdt_header

定义在 linux-4.10/scripts/dtc/libfdt/fdt.h

57  struct fdt_header {
58  	fdt32_t magic;			 /* magic word FDT_MAGIC */
59  	fdt32_t totalsize;		 /* total size of DT block */
60  	fdt32_t off_dt_struct;		 /* offset to structure */
61  	fdt32_t off_dt_strings;		 /* offset to strings */
62  	fdt32_t off_mem_rsvmap;		 /* offset to memory reserve map */
63  	fdt32_t version;		 /* format version */
64  	fdt32_t last_comp_version;	 /* last compatible version */
65  
66  	/* version 2 fields below */
67  	fdt32_t boot_cpuid_phys;	 /* Which physical CPU id we're
68  					    booting on */
69  	/* version 3 fields below */
70  	fdt32_t size_dt_strings;	 /* size of the strings block */
71  
72  	/* version 17 fields below */
73  	fdt32_t size_dt_struct;		 /* size of the structure block */
74  };

off_dt_struct 是到dt_struct 结构块的偏移量（相对于文件起始位置），off_dt_strings 是到dt_strings字符串块的偏移量（相对于文件起始位置），off_mem_rsvmap 是到memory reserve map 区域的偏移量（相对于文件起始位置）。

2）memory reserve map 

该区域保存的数据会4字节对齐

3）dt_struct 

结构块里面保存了dts 里面描述的设备信息，和dts 里面写的内容一致，只不过转成了另一种数据格式。节点的开始和结束，属性的开始用下面定义的标识。

linux-4.10/scripts/dtc/libfdt/fdt.h

98  #define FDT_BEGIN_NODE	0x1		/* Start node: full name */
99  #define FDT_END_NODE	0x2		/* End node */
100  #define FDT_PROP	0x3		/* Property: name off,
101  					   size, content */
102  #define FDT_NOP		0x4		/* nop */
103  #define FDT_END		0x9

4）off_dt_strings

字符串块 保存的是dts中属性的名字，因为在不同的节点中会用到相同的属性名，为了减少保存重复的属性名字符串，所以把它们放在字符串块中，每个字符串是以\0为结束标识。

详细的dtb格式如上图，我们以memory 节点为例，由dts转成dtb 是怎么样的

29 	memory {
30 		device_type = "memory";
31 		reg = <0 0x40000000 0 0x1e800000>;
32 	};

00 00 00 01 6d 65 6d 6f 72 79 00 00 00 00 00 03 
00 00 00 07 00 00 00 10 6d 65 6d 6f 72 79 00 00
00 00 00 03 00 00 00 10 00 00 00 20 00 00 00 00
40 00 00 00 00 00 00 00 00 1e 80 00 00 00 00 02

第一行的00 00 00 01 就是 FDT_BEGIN_NODE，紧接着的6d 65 6d 6f 72 79 00 00 就是节点的名称 memory（也会做4字节对齐），在往后面00 00 00 03 就是FDT_PROP，标志这属性，第二行的00 00 00 07 指示了属性值的大小，后面的 00 00 00 10 是属性名称在dt_strings中的偏移，这里我是随便写的，device_type = "memory"; 属性值memory 的大小明明是6，为什么是7呢，因为要加上\0，所以是7，后面还有00 是为了保证4字节对齐，接下来第三行又是00 00 00 03，又是一个属性的开始，也就是reg = <0 0x40000000 0 0x1e800000>; 接着一样是属性值的大小，0 0x40000000 0 0x1e800000 会占用16个字节，所以是 0x00000010，后面就是对应的值，最后的00 00 00 02 就是FDT_END_NODE，标识一个节点结束。