设备树解析

设备树解析是一种用于描述硬件设备信息的数据结构，它起源于Open Firmware（OF），后来被Linux内核采用。在Linux 2.6版本之前，ARM架构的硬件细节，例如CPU类型、内存、总线、外设、中断控制器、GPIO、时钟等信息被硬编码在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx目录下的代码中。这样的处理方式不仅繁琐，而且对于内核来讲，大量的这类板级信息实际上相当于垃圾代码。为了解决这个问题，Linux社区引入了Device Tree，这使得硬件的细节信息可以直接通过Device Tree传送给Linux内核，减少了内核中冗余的编码工作。 Device Tree是一种树状结构的数据描述方式，它由一系列被命名的节点（node）和属性（property）组成，节点可以包含子节点。属性则是由name和value成对出现的。在Device Tree中可以描述包括CPU的数量和类型、内存的基地址和大小、总线和桥、外设连接、中断控制器和中断使用情况、GPIO控制器和GPIO使用情况、Clock控制器和Clock使用情况等信息。 为了使用Device Tree，通常需要一个.dts（Device Tree Source）文件，该文件以文本形式描述系统设备树。然后通过Device Tree Compiler（dtc）工具将.dts文件转换成二进制格式的Device Tree Blob（dtb）文件。内核在启动时，由Bootloader传递dtb文件给内核，内核能够解析dtb文件并据此展开Linux内核中的platform_device、i2c_client、spi_device等设备，并将内存、IRQ等资源绑定到相应的设备上。 在内存中，Device Tree的存储布局主要由三部分组成：头（Header）、结构块（Structure block）和字符串块（Strings block）。头包含了设备树的一些基本信息，如设备树的总大小、结构块和字符串块的偏移量、版本号等。结构块包含了以节点（node）形式保存的目标单板上的设备信息。节点的开始和结束由特定的宏定义，节点中包含节点路径、属性和子节点等。字符串块包含设备树中使用的字符串数据。 利用Device Tree的优势在于，它能够提供一种硬件无关的方式来描述硬件信息。这种特性使得内核能够支持不同的硬件平台，而无需修改内核代码本身。只需要针对不同的硬件平台准备相应的.dts文件，并在启动时将其编译为dtb文件，就可以在不改动内核的情况下实现对不同硬件平台的支持。 设备树在Linux内核中的应用极大简化了硬件抽象层的实现，也使得在不同硬件平台之间迁移和维护变得更加容易。通过统一的硬件描述方式，内核能够更加通用和灵活地适应各种硬件变化，推动了嵌入式Linux系统的发展和应用。