1)实验平台：正点原子Linux开发板
2)摘自《正点原子I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南》
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前面章节中我们多次提到“设备树”这个概念，因为时机未到，所以当时并没有详细的讲解什么是“设备树”，本章我们就来详细的谈一谈设备树。掌握设备树是Linux驱动开发人员必备的技能！因为在新版本的Linux中，ARM相关的驱动全部采用了设备树(也有支持老式驱动的，比较少)，最新出的CPU其驱动开发也基本都是基于设备树的，比如ST新出的STM32MP157、NXP的I.MX8系列等。我们所使用的Linux版本为4.1.15，其支持设备树，所以正点原子I.MX6U-ALPHA开发板的所有Linux驱动都是基于设备树的。本章我们就来了解一下设备树的起源、重点学习一下设备树语法。
43.1 什么是设备树？
设备树(Device Tree)，将这个词分开就是“设备”和“树”，描述设备树的文件叫做DTS(Device Tree Source)，这个DTS文件采用树形结构描述板级设备，也就是开发板上的设备信息，比如CPU数量、内存基地址、IIC接口上接了哪些设备、SPI接口上接了哪些设备等等，如图43.1.1所示：
图43.1.1 设备树结构示意图
在图43.1.1中，树的主干就是系统总线，IIC控制器、GPIO控制器、SPI控制器等都是接到系统主线上的分支。IIC控制器有分为IIC1和IIC2两种，其中IIC1上接了FT5206和AT24C02这两个IIC设备，IIC2上只接了MPU6050这个设备。DTS文件的主要功能就是按照图43.1.1所示的结构来描述板子上的设备信息，DTS文件描述设备信息是有相应的语法规则要求的，稍后我们会详细的讲解DTS语法规则。
在3.x版本(具体哪个版本笔者也无从考证)以前的Linux内核中ARM架构并没有采用设备树。在没有设备树的时候Linux是如何描述ARM架构中的板级信息呢？在Linux内核源码中大量的arch/arm/mach-xxx和arch/arm/plat-xxx文件夹，这些文件夹里面的文件就是对应平台下的板级信息。比如在arch/arm/mach-smdk2440.c中有如下内容(有缩减)：
示例代码43.1.1 mach-smdk2440.c文件代码段
90staticstruct s3c2410fb_display smdk2440_lcd_cfg __initdata ={
91
92.lcdcon5 = S3C2410_LCDCON5_FRM565 |
93 S3C2410_LCDCON5_INVVLINE |
94 S3C2410_LCDCON5_INVVFRAME |
95 S3C2410_LCDCON5_PWREN |
96 S3C2410_LCDCON5_HWSWP,
......
113};
114
115staticstruct s3c2410fb_mach_info smdk2440_fb_info __initdata ={
116.displays =&smdk2440_lcd_cfg,
117.num_displays =1,
118.default_display =0,
......
133};
134
135staticstruct platform_device *smdk2440_devices[] __initdata ={
136 &s3c_device_ohci,
137&s3c_device_lcd,
138&s3c_device_wdt,
139&s3c_device_i2c0,
140&s3c_device_iis,
141};
上述代码中的结构体变量smdk2440_fb_info就是描述SMDK2440这个开发板上的LCD信息的，结构体指针数组smdk2440_devices描述的SMDK2440这个开发板上的所有平台相关信息。这个仅仅是使用2440这个芯片的SMDK2440开发板下的LCD信息，SMDK2440开发板还有很多的其他外设硬件和平台硬件信息。使用2440这个芯片的板子有很多，每个板子都有描述相应板级信息的文件，这仅仅只是一个2440。随着智能手机的发展，每年新出的ARM架构芯片少说都在数十、数百款，Linux内核下板级信息文件将会成指数级增长！这些板级信息文件都是.c或.h文件，都会被硬编码进Linux内核中，导致Linux内核“虚胖”。就好比你喜欢吃自助餐，然后花了100多到一家宣传看着很不错的自助餐厅，结果你想吃的牛排、海鲜、烤肉基本没多少，全都是一些凉菜、炒面、西瓜、饮料等小吃，相信你此时肯定会脱口而出一句“F*k!”、“骗子！”。同样的，当Linux之父linus看到ARM社区向Linux内核添加了大量“无用”、冗余的板级信息文件，不禁的发出了一句“This whole ARM thing is a f*cking pain in the ass”。从此以后ARM社区就引入了PowerPC等架构已经采用的设备树(Flattened Device Tree)，将这些描述板级硬件信息的内容都从Linux内中分离开来，用一个专属的文件格式来描述，这个专属的文件就叫做设备树，文件扩展名为.dts。一个SOC可以作出很多不同的板子，这些不同的板子肯定是有共同的信息，将这些共同的信息提取出来作为一个通用的文件，其他的.dts文件直接引用这个通用文件即可，这个通用文件就是.dtsi文件，类似于C语言中的头文件。一般.dts描述板级信息(也就是开发板上有哪些IIC设备、SPI设备等)，.dtsi描述SOC级信息(也就是SOC有几个CPU、主频是多少、各个外设控制器信息等)。
这个就是设备树的由来，简而言之就是，Linux内核中ARM架构下有太多的冗余的垃圾板级信息文件，导致linus震怒，然后ARM社区引入了设备树。
43.2 DTS、DTB和DTC
上一小节说了，设备树源文件扩展名为.dts，但是我们在前面移植Linux的时候却一直在使用.dtb文件，那么DTS和DTB这两个文件是什么关系呢？DTS是设备树源码文件，DTB是将DTS编译以后得到的二进制文件。将.c文件编译为.o需要用到gcc编译器，那么将.dts编译为.dtb需要什么工具呢？需要用到DTC工具！DTC工具源码在Linux内核的scripts/dtc目录下，scripts/dtc/Makefile文件内容如下：
示例代码43.2.1 scripts/dtc/Makefile文件代码段
1 hostprogs-y := dtc
2 always :=$(hostprogs-y)
3
4 dtc-objs:= dtc.o flattree.o fstree.o data.o livetree.o treesource.o
5 srcpos.o checks.o util.o
6 dtc-objs += dtc-lexer.lex.o dtc-parser.tab.o
......
可以看出，DTC工具依赖于dtc.c、flattree.c、fstree.c等文件，最终编译并链接出DTC这个主机文件。如果要编译DTS文件的话只需要进入到Linux源码根目录下，然后执行如下命令：
makeall
或者：
makedtbs
“makeall”命令是编译Linux源码中的所有东西，包括zImage，.ko驱动模块以及设备树，如果只是编译设备树的话建议使用“makedtbs”命令。
基于ARM架构的SOC有很多种，一种SOC又可以制作出很多款板子，每个板子都有一个对应的DTS文件，那么如何确定编译哪一个DTS文件呢？我们就以I.MX6ULL这款芯片对应的板子为例来看一下，打开arch/arm/boot/dts/Makefile，有如下内容：
示例代码43.2.2 arch/arm/boot/dts/Makefile文件代码段
381 dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6UL) +=
382 imx6ul-14x14-ddr3-arm2.dtb
383 imx6ul-14x14-ddr3-arm2-emmc.dtb
......
400 dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6ULL) +=
401 imx6ull-14x14-ddr3-arm2.dtb
402 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-adc.dtb
403 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-cs42888.dtb
404 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-ecspi.dtb
405 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-emmc.dtb
406 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-epdc.dtb
407 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-flexcan2.dtb
408 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-gpmi-weim.dtb
409 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-lcdif.dtb
410 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-ldo.dtb
411 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-qspi.dtb
412 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-qspi-all.dtb
413 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-tsc.dtb
414 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-uart2.dtb
415 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-usb.dtb
416 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-wm8958.dtb
417 imx6ull-14x14-evk.dtb
418 imx6ull-14x14-evk-btwifi.dtb
419 imx6ull-14x14-evk-emmc.dtb
420 imx6ull-14x14-evk-gpmi-weim.dtb
421 imx6ull-14x14-evk-usb-certi.dtb
422 imx6ull-alientek-emmc.dtb
423 imx6ull-alientek-nand.dtb
424 imx6ull-9x9-evk.dtb
425 imx6ull-9x9-evk-btwifi.dtb
426 imx6ull-9x9-evk-ldo.dtb
427 dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6SLL) +=
428 imx6sll-lpddr2-arm2.dtb
429 imx6sll-lpddr3-arm2.dtb
......
可以看出，当选中I.MX6ULL这个SOC以后(CONFIG_SOC_IMX6ULL=y)，所有使用到I.MX6ULL这个SOC的板子对应的.dts文件都会被编译为.dtb。如果我们使用I.MX6ULL新做了一个板子，只需要新建一个此板子对应的.dts文件，然后将对应的.dtb文件名添加到dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6ULL)下，这样在编译设备树的时候就会将对应的.dts编译为二进制的.dtb文件。
示例代码43.2.2中第422和423行就是我们在给正点原子的I.MX6U-ALPHA开发板移植Linux系统的时候添加的设备树。关于.dtb文件怎么使用这里就不多说了，前面讲解Uboot移植、Linux内核移植的时候已经无数次的提到如何使用.dtb文件了(uboot中使用bootz或bootm命令向Linux内核传递二进制设备树文件(.dtb))。
43.3 DTS语法
虽然我们基本上不会从头到尾重写一个.dts文件，大多时候是直接在SOC厂商提供的.dts文件上进行修改。但是DTS文件语法我们还是需要详细的学习一遍，因为我们肯定需要修改.dts文件。大家不要看到要学习新的语法就觉得会很复杂，DTS语法非常的人性化，是一种ASCII文本文件，不管是阅读还是修改都很方便。
本节我们就以imx6ull-alientek-emmc.dts这个文件为例来讲解一下DTS语法。关于设备树详细的语法规则请参考《Devicetree SpecificationV0.2.pdf》和《Power_ePAPR_APPROVED_v1.12.pdf》这两份文档，此两份文档已经放到了开发板光盘中，路径为：4、参考资料->Devicetree SpecificationV0.2.pdf、4、参考资料->Power_ePAPR_APPROVED_v1.
