Linux设备树：开源、高效的硬件描述技术 (linux 设备树)

Linux设备树（Device Tree）是一种开源的、可重用的、硬件描述技术。它使得Linux内核能够更好地管理硬件设备，并有助于在不同的硬件平台上实现移植性和可维护性。 在本文中，我们将详细介绍设备树技术及其在Linux内核中的应用。

1 什么是设备树

设备树是一种软件数据结构，用于描述硬件设备的层次结构和属性。 它是一种单一源代码描述，多平台使用的方法，可以在一个平台上编写设备树，然后将其移植到另一个平台。

设备树最初是在PowerPC架构上开发的，因为PPC系统有大量的硬件设备选项，在启动时需要正确配置这些设备。 设备树取代了以前的硬编码、启动wrapper等方法，使得内核源码更加简洁、易于维护。

设备树通常由三个主要部分组成：设备树源（DTS）、设备树编译器（DTC）和内核映像文件。设备树源文件是一个文本文件，以.dts作为扩展名，包含设备树内的设备节点和属性信息。设备树编译器可以将.dts文件编译为二进制设备树文件（.dtb），这个文件可以由内核解析，在内核启动时自动加载，以初始化系统硬件。

2 设备树的作用

硬件设备的配置和初始化是内核启动过程的一部分。在Linux内核中，设备树使内核能够更好地管理硬件设备，并能够根据硬件配置来选择正确的驱动程序，并正确配置设备。

在使用设备树之前，内核开发人员需要熟悉每个硬件平台的规格及其设备选项，然后根据此信息手动编写硬件相关的初始化代码。这意味着内核开发人员需要对每个支持的平台进行大量的代码编写和维护，这不仅工作量大，而且容易出错。

使用设备树后，内核开发人员可以通过编写通用的、平台无关的代码，更大程度减少手动配置和硬编码的情况。这使得开发人员能够更好地专注于内核功能的实现，而不是对设备的固有复杂性。另外，当在多个平台上运行相同的内核时，可以通过编写一份通用的设备树来避免针对每个平台重新编写代码，这大大简化了内核的移植性和可维护性。

3 设备树的使用

设备树通常在裸机环境下使用，包括嵌入式系统、ARM等平台。内核启动时，它会从启动设备（如flash、sdcard、网络等）中读取设备树，并解析它，根据内容对硬件进行初始化。具体实现方式为：当内核启动时，启动加载器（如uboot、grub等）会从启动设备中加载内核映像和设备树，并将它们发送给内核。内核启动时，将使用设备树以确保内核可以正确处理裸机环境中的各种硬件。

设备树通常位于内核映像的两端。设备树本身是一个有机独立的数据结构，作为内核彼此独立的源。可以使用命令行选项传递设备树参数，以在内核启动时将设备树传递给内核。如果没有传递设备树，内核将使用默认的设备树配置。

4 设备树的编写

编写设备树需要熟悉设备树语言和所描述设备的规格。设备树语言是一种基于属性的、声明式的语言，使用树状结构来描述设备间的关系和属性。它可以描述设备节点之间的层次结构，以及每个节点所拥有的属性。

在设备树中，设备以节点（Node）的形式出现。节点可以是设备、总线、逻辑组件等。每个节点都可以有自己的属性，如设备ID、时钟等。将设备树定义为一个硬件层次结构表示，树中的每个节点都会告诉内核必需信息，这些信息将有助于内核管理与设备相关的任务，比如初始化驱动程序、分配资源等。

设备树还具有覆盖的特性——特定节点的属性可以在多个设备树文件中进行定义，并通过合并它们来一起使用。此外，设备树允许使用不同的平台定义，以提高代码的可移植性和可维护性。

5 设备树的优点

设备树的主要优点是极大地简化了嵌入式系统中硬件的配置和开发。 设备树技术将硬件层次结构从内核代码中搬移到用户空间中，使内核的代码简洁、便于维护。这是一种可重用的技术，允许相同的内核镜像在多个不同的硬件平台上运行。设备树还可以确保系统的可扩展性，支持添加新的硬件设备或升级现有的硬件组件。

6 结论

Linux设备树是一种开源的、可重用的、硬件描述技术，可以使内核能够更好地管理硬件设备，并有助于在不同的硬件平台上实现移植性和可维护性。通过简化嵌入式设备的开发和维护，它可以提高开发效率、降低开发成本和减少出错率。如果你在嵌入式开发中，设备树是一个非常有价值的技术，应该好好学习并掌握它。