linux设备树生命周期和代码实现

设备树文件经历源码阶段、编译阶段、复制传输阶段、解析增添阶段，最终变成可用的Expanded device tree供驱动代码使用。

##源码阶段

设备树源文件有两种尾缀，分别是dts以及dtsi。dtsi常规意义上定义SoC级别的硬件信息，而dts常规意义上定义board级别的硬件信息。dts通过#include的方式包含进dtsi文件。设备树的代码实现遵循device tree协议以及各厂商规定的兼容binding规则，device tree协议官网：

https://www.devicetree.org/

各厂商规定的兼容binding规则需要在社区提交审核，最终出现在release kernel的documents中。

##编译阶段

kernel编译时使用scritpts下的dtc工具（宿主机同样也有dtc工具），根据arch/arm/boot/dts/Makefile中的规则，将设备树源码编译成dtb格式的ABI文件。

##复制传输阶段

dtb文件可独立于kernel镜像，亦可以追加到zImage镜像之后，由U-Boot将其复制加载到memory。

当使用前者进行复制加载时，通过U-Boot提供的fdt命令可对设备树文件进行局部修改。修改后再传递给kernel。

当使用后者将dtb追加到zImage文件之后的时候，kernel未提供相关的工具链。需要kernel打开CONFIG_ARM_APPENDED_DTB。将dtb文件cat到zImage文件之后即可。

##解析阶段

当U-Boot通过ARM通用寄存器r2将设备树dtb文件memory地址传递给kernel之后，kernel会将平滑的FDT文件解析成EDT文件，提取出root、chosen、aliases、nodes等信息供驱动代码使用。

#设备树的源码实现

##设备树基本组成元素

以vexpress-v2p-ca9.dts为例，设备树文件的基本组成元素包括根节、设备类型、chosen结点、aliaes结点、某bus类型的各种node。如下图：

###model

在设备树应用于ARM平台前，U-Boot通过给ARM通用寄存器r1赋值来给kernel传递machine type，在设备树文件应用于ARM平台后，kernel通过解析设备树文件的model来识别匹配对应的设备以进行适配初始化硬件。

###chosen

这个结点不描述具体的硬件信息，用于设备树和kernel之间传递信息用，通常传递的是bootargs。在设备树中可以将该节点置空，当然也可以预先定义一些bootargs，然后在kernel的boot阶段填充。例如当前的设备树文件中chosen结点是空的，当kernel启动后去查看chosen结点已经被填充的bootargs。

###aliases

kernel通常是按照绝对路径查询一个设备结点，而aliases将普通的设备结点的label取一个别名，方便后面查看设备。例如vexpress-v2p-ca9.dts文件中将串口和i2c作了别名处理，那么我们在查看dtb的反汇编文件时，别名是按照绝对路径展开的。

使用了别名的串口、i2c同未使用别名的watchdog对比很明显，可以清楚的知道串口设备的编号。

###nodes

普通设备结点是设备树文件中存在最多的内容。这部分结点要从属于某一个总线类型，可以是simple-bus，也可以是amba-bus。普通设备结点下包含设备的适配名、寄存器、中断、时钟、DMA通道、引脚复用等的硬件描述信息。根据具体的设备做具体的描述。对于USB、PCI、Graph等总线结构的设备，还需要在设备树中体现出拓扑结构、中断映射map等相关的特性。

##设备树的头文件

设备树头文件包含是以一种覆盖、插入的方式实现的。xxx.dts包含xxx.dtsi文件，当dts以及dtsi都包含同一个结点node_A但结点信息不同时，编译器会将dtsi中node_A的硬件信息条目插入到dts的node_A结点。

##设备树编译

关于dtc前面有介绍，另外补充说明的是dtc具有反汇编的功能，当手头有一个dtb文件，希望查看其dts文件时，反汇编功能显的很有用。若kernel启动后文件系统中具备dtc工具，通过反汇编可以查看U-Boot是否对dtb文件有修改。下面是一个反汇编的实例。

##设备树编写参考文档

https://elinux.org/Device_Tree_Usage

kernel: Documentation/devicetree

https://www.devicetree.org/

END

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