Part 01

●  Linux设备树机制的介绍  ● 

1.1 概念

设备树（device tree）是一种描述硬件资源的数据结构，起源于Open Firmware（OF：开源固件）。在Linux kernel v2.6之前的版本，关于ARM架构的板级硬件资源均通过.c和.h文件写“死”在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx目录下，在开发一款设备时，Linux kernel中充斥着许多无用的硬件信息，不利于阅读和维护。在Linux ARM kernel v3.x之后正式引入设备树机制，主要是为减少这类无用的硬件板级信息被写入Linux kernel中污染内核，有了设备树，则可通过它来将所需的硬件信息传递给Linux kernel。

1.2 组成

设备树主要包含dts（device tree source，源文件）、dtc（device tree compiler，编译工具）和dtb（device tree blob，二进制文件）。

dts 是设备树描述的源文件，在ARM架构下，一个dts对应一个设备，一般位于arch/arm(64)/boot/dts目录下，该文件一般会有包含对应名称的.dtsi文件，类似于c语言的头文件，主要是一些SOC的宏定义共性部分。

dtc 是设备树的编译工具，类似于gcc等编译器，但与gcc不同的是dtc无需外部安装，是由内核自带的。可以将.dts文件编译成.dtb文件。

dtb 是设备树二进制文件，可被Linux kernel识别解析，也可被bootloader解析。

dtbo 是overlay编译出来的二进制文件。

dts、dtc和dtb三者间的关系如下图：

Part 02

●  设备树框架和dts文件语法格式  ● 

2.1 设备树基本框架

设备树文件基本结构主要有以下几部分，其形式有点类似xml文件。

• 单根节点（root）：/
• 节点名称：图中的"node1"和"node2"
• 子节点："child-node1"和"child-node2"
• 节点地址：node@xxx
• 属性（property）：是一组键值对，包括属性名称（property name）和属性值（property value）
• 标签（label，可选项）

​​https://elinux.org/Device_Tree_Usage#Basic_Data_Format​​

值得注意的是，“/”是根节点，每个设备树文件仅有一个，当在设备树中发现有多个根节点时，在编译过程中这些根节点会合并成一个。

2.2 dts文件语法格式

与c语言类似，dts同样支持头文件，其头文件扩展名为.dtsi，一般通过#include xxx来引用。

例如，以全志H616这款芯片为例，基于Linux v4.9版本的orangepi开发板的时钟节点（部分）如下：

​/dts-v1/;
/memreserve/ 0x0000000048000000 0x0000000001000000;
/ {
interrupt-parent = <0x1>;
#address-cells = <0x2>;
#size-cells = <0x2>;
model = "Orange Pi Zero 2";
compatible = "allwinner,h616", "arm,sun50iw9p1";
clocks {
compatible = "allwinner,clk-init";
device_type = "clocks";
#address-cells = <0x2>;
#size-cells = <0x2>;
ranges;
reg = <0x0 0x3001000 0x0 0x1000 0x0 0x7010000 0x0 0x400 0x0 0x7000000 0x0 0x4>;
};

上述中，特别重要的compatible属性，它可以以“,”格式指定名称的优先选择。设备树中每个代表设备的节点都要有一个compatible属性，它是OS用于决定绑定到设备驱动的关键特征。

Part 03

●  设备树的修改与内核编译安装 ● 

在编写模块的驱动程序时，为不影响内核结构，通常在外部目录下建立一个用于存放编写的驱动源码和编译生成的.ko的文件夹，生成的.ko可以在系统启动后单独加载运行，且无需和内核一起编译，方便更新。其流程一般为：makefile文件编写，接着进行驱动源码编写（可找优秀的架构进行修改，填充细节，如compatible，读、写操作等），然后编译生成.ko文件，进一步修改与单板相关的设备树文件（.dts），在.dts文件中添加或删除相应的设备节点信息，最后编译整个内核文件，当内核编译完成后，使用如下命令卸载旧版本的内核与安装新版本内核：

apt purge -y linux-image-xxx.deb // 卸载内核dpkg -i linux-image(dtb)-xxx.deb // 安装内核

重启单板后，用uname -a 命令查看内核信息，在新编译的内核上，用insmod 命令将生成的.ko模块加载上，cat 命令查看设备节点信息。

需要注意的是，设备树的使用需要在编译kernel时做好对应的配置，还需bootloader支持，否则也无法将数据结构传参给kernel。