目录为什么需要设备树传统驱动的终极痛点DTS/DTB/DTC 大白话定义核心区别三者关系完整编译流程图最简单的DTS示例语法解析设备树编译与反编译实操命令内核如何加载和使用设备树核心总结面试必背考点1. 为什么需要设备树传统驱动的终极痛点在设备树出现之前Linux内核采用硬编码的方式描述硬件信息所有寄存器地址、中断号、GPIO号都直接写死在驱动代码里换一个开发板就要修改驱动代码重新编译一个ARM内核要支持几十上百个开发板就要在代码里写几百个硬件信息的分支内核变得无比臃肿维护成本极高设备树的诞生就是为了彻底解决这个问题把硬件描述信息从内核代码中抽离出来用一个独立的文件来描述硬件。内核只需要一份通用的代码通过读取这个文件来识别不同的硬件。大白话类比传统驱动厨师把所有客人的口味都写在菜谱里来了一个客人就要改一次菜谱设备树厨师用通用菜谱客人自己带一张写着自己口味的纸条厨师照着纸条做菜2. DTS/DTB/DTC 大白话定义核心区别设备树体系由三个核心部分组成DTS、DTB、DTC三者分工明确缺一不可。2.1 三者大白话定义缩写全称中文名称大白话解释DTSDevice Tree Source设备树源文件人类可读的文本文件用C语言风格的语法描述硬件信息相当于Word文档DTCDevice Tree Compiler设备树编译器把人类可读的DTS文本文件编译成内核能识别的二进制文件相当于Word转PDF的转换器DTBDevice Tree Blob设备树二进制文件DTC编译后的二进制文件内核启动时加载并解析相当于PDF文件2.2 核心区别对比表对比项DTSDTCDTB文件类型纯文本文件可执行程序二进制文件可读性人类可读不可读不可读作用描述硬件信息编译DTS为DTB内核加载解析编辑方式任何文本编辑器无需编辑不能直接编辑后缀名.dts、.dtsi无后缀.dtb2.3 补充什么是.dtsi文件.dtsi是设备树头文件相当于C语言的.h头文件用于存放多个DTS文件共享的公共硬件信息。比如同一个芯片的所有开发板芯片内部的外设信息是相同的可以放在.dtsi文件中每个开发板自己的.dts文件只需要包含这个.dtsi然后添加自己独有的硬件信息即可大大提高了代码复用性减少了重复代码3. 三者关系完整编译流程图3.1 三者核心关系DTS(源文件) --DTC编译-- DTB(二进制文件) --内核加载解析-- 识别硬件3.2 完整编译与运行流程图开发者编写DTS设备树源文件包含公共的.dtsi头文件DTC编译器编译DTS生成DTB二进制设备树文件将DTB烧录到开发板的指定分区内核启动bootloader将DTB地址传递给内核内核解析DTB文件根据DTB创建platform_device设备platform总线匹配设备和驱动调用驱动的probe函数初始化硬件设备正常工作3.3 关键流程说明bootloader的作用bootloader如U-Boot负责在启动内核之前将DTB文件加载到内存中并将DTB的内存地址传递给内核内核解析DTB内核启动时根据bootloader传递的地址解析DTB文件创建对应的platform_device设备总线匹配platform总线将创建的设备和已注册的驱动进行匹配匹配成功后调用probe函数4. 最简单的DTS示例语法解析下面是一个最小可运行的DTS文件我会逐行解释每个部分的含义让你快速掌握设备树的基本语法。4.1 最简单的DTS示例/dts-v1/; // 设备树版本号必须是第一行 / { // 根节点所有设备节点都在根节点下面 compatible myvendor,myboard; // 板级兼容属性内核用它来匹配板级支持包 model My Custom Development Board; // 开发板名称 // 自定义LED设备节点 led12340000 { compatible myvendor,my-led; // 设备兼容属性和驱动的of_device_id匹配 reg 0x12340000 0x1000; // 寄存器基地址和长度 status okay; // 设备状态okay表示启用disabled表示禁用 }; // 自定义UART设备节点 uart12341000 { compatible myvendor,my-uart; reg 0x12341000 0x1000; interrupts 5; // 中断号 status okay; }; };4.2 核心语法解析1. 节点Node设备树用树形结构描述硬件每个硬件对应一个节点节点格式节点名地址 { ... };节点名描述设备类型如led、uart、gpio地址设备的寄存器基地址用于区分同类型的不同设备2. 属性Property每个节点包含多个属性用于描述设备的具体信息属性格式属性名 属性值;常见属性compatible最重要的属性用于和驱动匹配格式为厂商,设备名reg描述设备的寄存器地址范围格式为基地址 长度interrupts描述设备使用的中断号status描述设备状态okay表示启用disabled表示禁用model设备的人类可读名称3. 根节点所有节点的父节点用/表示根节点的compatible属性用于匹配板级支持包根节点的model属性用于描述开发板名称5. 设备树编译与反编译实操命令5.1 安装DTC编译器Ubuntu系统下直接安装sudoapt-getinstalldevice-tree-compiler5.2 编译DTS为DTB# 基本语法dtc -I dts -O dtb -o 输出文件.dtb 输入文件.dtsdtc-Idts-Odtb-omyboard.dtb myboard.dts5.3 反编译DTB为DTS这是调试设备树最常用的命令可以把内核正在使用的DTB文件反编译成可读的DTS文件# 基本语法dtc -I dtb -O dts -o 输出文件.dts 输入文件.dtbdtc-Idtb-Odts-omyboard.dts myboard.dtb5.4 查看开发板当前使用的设备树在运行中的Linux系统中可以通过/proc/device-tree目录查看内核解析后的设备树# 查看根节点的compatible属性cat/proc/device-tree/compatible# 查看所有设备节点ls/proc/device-tree/# 查看LED节点的reg属性cat/proc/device-tree/led12340000/reg|hexdump-C6. 内核如何加载和使用设备树6.1 两种加载方式方式1DTB编译进内核将DTB文件和内核镜像编译在一起生成一个单一的镜像文件优点简单不需要单独管理DTB文件缺点修改设备树需要重新编译内核方式2DTB单独加载推荐DTB文件和内核镜像分开存储bootloader在启动内核时将DTB加载到内存中并将地址传递给内核优点修改设备树只需要重新编译DTB不需要重新编译内核现代Linux系统全部采用这种方式6.2 U-Boot传递DTB地址的命令# 加载内核镜像到内存0x80800000地址tftp 0x80800000 zImage# 加载DTB文件到内存0x83000000地址tftp 0x83000000 myboard.dtb# 启动内核传递DTB地址bootz 0x80800000 - 0x830000006.3 内核解析DTB的过程内核启动时从bootloader获取DTB的内存地址验证DTB的完整性和有效性解析DTB的根节点和所有子节点为每个设备节点创建对应的platform_device结构体将platform_device注册到platform总线platform总线进行设备和驱动的匹配匹配成功后调用驱动的probe函数7. 核心总结面试必背考点核心总结设备树的核心作用是将硬件描述信息从内核代码中抽离出来解决传统驱动硬编码的问题DTS是人类可读的设备树源文件DTB是内核能识别的二进制文件DTC是编译两者的编译器设备树采用树形结构描述硬件每个硬件对应一个节点每个节点包含多个属性compatible属性是设备和驱动匹配的唯一依据格式为厂商,设备名现代Linux系统采用bootloader单独加载DTB的方式修改设备树不需要重新编译内核面试必背考点什么是设备树它解决了什么问题DTS、DTB、DTC分别是什么三者的关系是什么什么是.dtsi文件它的作用是什么设备树的基本语法结构是什么compatible属性的作用是什么格式是什么内核如何加载和解析设备树bootloader在设备树启动过程中起到什么作用如何反编译DTB文件为DTS文件