以Xilinx Zynq-7000為例說明設(shè)備樹的運(yùn)用

注：由于內(nèi)核版本的演變，設(shè)備樹成了任何使用較高版本linux系統(tǒng)的設(shè)備平臺所必須文件，然國內(nèi)相關(guān)技術(shù)文檔嚴(yán)重不足，本文是國外技術(shù)專欄的翻譯.

本教程是針對Xilinx Zynq-7000設(shè)備寫的，但其中的概念適用于所有使用了設(shè)備樹的Linux內(nèi)核。本文使用Xillinux發(fā)行版為例，該發(fā)行版運(yùn)行于Zedboard硬件上。
?

設(shè)備樹有什么好處

設(shè)想一下：bootloader剛剛將Linux內(nèi)核復(fù)制到內(nèi)存中，然后跳到內(nèi)核的入口點(diǎn)開始執(zhí)行。此時內(nèi)核就像運(yùn)行在處理器上的一個裸機(jī)程序。需要配置處理器，設(shè)置虛擬內(nèi)存，向控制臺打印一些信息。但是這些事情如何完成？所有的這些操作都要通過寫寄存器來實(shí)現(xiàn)，但Linux內(nèi)核如何知道這些寄存器的地址？如何知道當(dāng)前有多少個CPU核可以使用？有多少內(nèi)存可以訪問？

最直接的辦法就是在內(nèi)核代碼里為指定平臺寫好這些代碼，由內(nèi)核配置參數(shù)決定哪些平臺代碼將被啟用。當(dāng)一切都固定不變時這種方法還不錯，比如在x86處理器上內(nèi)部的寄存器，或是BIOS的訪問。但對于變化量來說， 比如PCI/PCIe外設(shè)，就需要內(nèi)核明確了解這些變化的細(xì)節(jié)。

ARM架構(gòu)已經(jīng)變成了Linux社區(qū)的一個在麻煩：即使處理器使用相同的編譯器和函數(shù)，但具體到某一種芯片，它就有自己的寄存器地址和不同的配置方式。不僅如此，每種板子都有自己的外設(shè)。結(jié)果造成內(nèi)核中有大量的頭文件、補(bǔ)丁和特殊的配置參數(shù)，它們的一種組合就對應(yīng)于一款芯片的一種特殊板型?？傊?，這造成了大量丑陋和不可維護(hù)的代碼。

另外，每個編譯出來的內(nèi)核bin文件都是為某一款芯片的某一種板子，有點(diǎn)像為市場上某一款PC主板編譯內(nèi)核。所以很希望為所有ARM處理器編譯內(nèi)核時，讓內(nèi)核能以某種方式識別硬件，然后使用正確的驅(qū)動，就像一臺PC一樣。

怎么實(shí)現(xiàn)呢？在PC上，寄存器初始化是硬編碼的，其他的信息由BIOS提供。所以當(dāng)有另一塊軟件提供這些信息時，硬件自動檢測也很容易。ARM處理器沒有BIOS，Linux內(nèi)核只能靠自己了。

解決方案是設(shè)備樹devicetree, 也稱作Open Firmware(OF)或FlattenedDevice Tree(FDT)。本質(zhì)上是一個字節(jié)碼格式的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中包含信息在內(nèi)核啟動時非常有用。bootloader在跳到內(nèi)核入口點(diǎn)之前將這一塊數(shù)據(jù)復(fù)制到RAM中的已知地址。

設(shè)備樹的嚴(yán)格的規(guī)范，卻沒有規(guī)定哪些內(nèi)容可以放置其中以及放置的位置。內(nèi)核可以搜索設(shè)備樹中的任意路徑和參數(shù)。程序員來決定哪些配置作為參數(shù)放進(jìn)設(shè)備樹里，以及放置在什么地方。

采取標(biāo)準(zhǔn)的樹結(jié)構(gòu)，則可用一套方便的API來操作。例如，約定好如何定義總線上的外設(shè)，那么API可以獲取到驅(qū)動所需的基本信息：地址、中斷和自定義變量。后面會介紹更多。

對于我們大多數(shù)人來說，我們用設(shè)備樹來向內(nèi)核描述對硬件的添加或刪除操作，作為響應(yīng)，內(nèi)核就可以加載或卸載相應(yīng)的驅(qū)動。硬件的特殊信息也可以通過設(shè)備樹來向內(nèi)核傳達(dá)。

編譯設(shè)備樹
設(shè)備樹有三種形式：
* 文本文件 (.dts) - 源
二進(jìn)制對象 (.dtb) - 目標(biāo)碼
Linux系統(tǒng)中/proc/device-tree目錄 - 調(diào)試和逆向信息

啟用/proc/device-tree目錄需要打開配置CONFIG_PROC_DEVICETREE:
Device Drivers --->
Device Tree and Open Firmware support --->
[*] Support for device tree in /proc

對于設(shè)備樹，我們一般的使用流程是：編輯DTS文件，然后用一個工具將其編譯成DTB文件，這個工具就在Linux內(nèi)核源碼scripts/dtc/目錄下。

設(shè)備樹編譯器也可以單獨(dú)下載并編譯：
$ git clone git://www.jdl.com/software/dtc.git dtc
$ cd dtc
$ make

但是下文的描述都使用內(nèi)核原碼中的dtc工具。

設(shè)備樹的語法在這里描述。注意這種語言并不作任何執(zhí)行操作，不像XML，這只是一種組織數(shù)據(jù)的語法。一些架構(gòu)有自動產(chǎn)生設(shè)備樹的工具，來自于XPS項目。但目前對于Zynq EPP平臺還沒有此工具。

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

這樣就創(chuàng)建了my-tree.dtb二進(jìn)制文件。dtc是主機(jī)上的一個程序。如果內(nèi)核沒有編譯過，則先需要編譯好DTS編譯器：配置內(nèi)核，也可以復(fù)制一份已有的配置文件到內(nèi)核根目錄下的.config。如下：
$ make ARCH=arm digilent_zed_defconfig

生成DTS編譯器：
$ make ARCH=arm scripts

dtc也可以從一個DTB文件或/proc/device-tree文件系統(tǒng)反編譯。例如從DTB反編譯：
$ scripts/dtc/dtc -I dtb -O dts -o /path/to/fromdtb.dts/path/to/booted_with_this.dtb

生成的dts文件仍然可以被用來生成dtb。但最好還是使用最初的DTS文件，因為一些參考標(biāo)簽在反編譯的DTS文件中顯示為數(shù)字。

從運(yùn)行中的內(nèi)核生成DTS文件：
# scripts/dtc/dtc -I fs -O dts -o ~/effective.dts /proc/device-tree/

設(shè)備樹結(jié)構(gòu)