以Xilinx Zynq-7000为例说明设备树的运用

注：由于内核版本的演变，设备树成了任何使用较高版本linux系统的设备平台所必须文件，然国内相关技术文档严重不足，本文是国外技术专栏的翻译.

本教程是针对Xilinx Zynq-7000设备写的，但其中的概念适用于所有使用了设备树的Linux内核。本文使用Xillinux发行版为例，该发行版运行于Zedboard硬件上。
 

设备树有什么好处

设想一下：bootloader刚刚将Linux内核复制到内存中，然后跳到内核的入口点开始执行。此时内核就像运行在处理器上的一个裸机程序。需要配置处理器，设置虚拟内存，向控制台打印一些信息。但是这些事情如何完成？所有的这些操作都要通过写寄存器来实现，但Linux内核如何知道这些寄存器的地址？如何知道当前有多少个CPU核可以使用？有多少内存可以访问？

最直接的办法就是在内核代码里为指定平台写好这些代码，由内核配置参数决定哪些平台代码将被启用。当一切都固定不变时这种方法还不错，比如在x86处理器上内部的寄存器，或是BIOS的访问。但对于变化量来说， 比如PCI/PCIe外设，就需要内核明确了解这些变化的细节。

ARM架构已经变成了Linux社区的一个在麻烦：即使处理器使用相同的编译器和函数，但具体到某一种芯片，它就有自己的寄存器地址和不同的配置方式。不仅如此，每种板子都有自己的外设。结果造成内核中有大量的头文件、补丁和特殊的配置参数，它们的一种组合就对应于一款芯片的一种特殊板型。总之，这造成了大量丑陋和不可维护的代码。

另外，每个编译出来的内核bin文件都是为某一款芯片的某一种板子，有点像为市场上某一款PC主板编译内核。所以很希望为所有ARM处理器编译内核时，让内核能以某种方式识别硬件，然后使用正确的驱动，就像一台PC一样。

怎么实现呢？在PC上，寄存器初始化是硬编码的，其他的信息由BIOS提供。所以当有另一块软件提供这些信息时，硬件自动检测也很容易。ARM处理器没有BIOS，Linux内核只能靠自己了。

解决方案是设备树devicetree, 也称作Open Firmware(OF)或FlattenedDevice Tree(FDT)。本质上是一个字节码格式的数据结构，其中包含信息在内核启动时非常有用。bootloader在跳到内核入口点之前将这一块数据复制到RAM中的已知地址。

设备树的严格的规范，却没有规定哪些内容可以放置其中以及放置的位置。内核可以搜索设备树中的任意路径和参数。程序员来决定哪些配置作为参数放进设备树里，以及放置在什么地方。

采取标准的树结构，则可用一套方便的API来操作。例如，约定好如何定义总线上的外设，那么API可以获取到驱动所需的基本信息：地址、中断和自定义变量。后面会介绍更多。

对于我们大多数人来说，我们用设备树来向内核描述对硬件的添加或删除操作，作为响应，内核就可以加载或卸载相应的驱动。硬件的特殊信息也可以通过设备树来向内核传达。

编译设备树
设备树有三种形式：
* 文本文件 (.dts) - 源
二进制对象 (.dtb) - 目标码
Linux系统中/proc/device-tree目录 - 调试和逆向信息

启用/proc/device-tree目录需要打开配置CONFIG_PROC_DEVICETREE:
Device Drivers --->
Device Tree and Open Firmware support --->
[*] Support for device tree in /proc

对于设备树，我们一般的使用流程是：编辑DTS文件，然后用一个工具将其编译成DTB文件，这个工具就在Linux内核源码scripts/dtc/目录下。

设备树编译器也可以单独下载并编译：
$ git clone git://www.jdl.com/software/dtc.git dtc
$ cd dtc
$ make

但是下文的描述都使用内核原码中的dtc工具。

设备树的语法在这里描述。注意这种语言并不作任何执行操作，不像XML，这只是一种组织数据的语法。一些架构有自动产生设备树的工具，来自于XPS项目。但目前对于Zynq EPP平台还没有此工具。

DTS编译为DTB：
$ scripts/dtc/dtc -I dts -O dtb -o /path/to/my-tree.dtb /path/to/my-tree.dts

这样就创建了my-tree.dtb二进制文件。dtc是主机上的一个程序。如果内核没有编译过，则先需要编译好DTS编译器：配置内核，也可以复制一份已有的配置文件到内核根目录下的.config。如下：
$ make ARCH=arm digilent_zed_defconfig

生成DTS编译器：
$ make ARCH=arm scripts

dtc也可以从一个DTB文件或/proc/device-tree文件系统反编译。例如从DTB反编译：
$ scripts/dtc/dtc -I dtb -O dts -o /path/to/fromdtb.dts/path/to/booted_with_this.dtb

生成的dts文件仍然可以被用来生成dtb。但最好还是使用最初的DTS文件，因为一些参考标签在反编译的DTS文件中显示为数字。

从运行中的内核生成DTS文件：
# scripts/dtc/dtc -I fs -O dts -o ~/effective.dts /proc/device-tree/

设备树结构