一、前言
簡單的說，如果要使用Device Tree，首先用戶要了解自己的硬件配置和系統運行參數，並把這些信息組織成Device Tree source file。通過DTC（Device Tree Compiler），可以將這些適合人類閱讀的Device Tree source file變成適合機器處理的Device Tree binary file（有一個更好聽的名字，DTB，device tree blob）。在系統啓動的時候，boot program（例如：firmware、bootloader）可以將保存在flash中的DTB copy到內存（當然也可以通過其他方式，例如可以通過bootloader的交互式命令加載DTB，組織成DTB保存在內存中），並把DTB的起始地址傳遞給client program（例如OS kernel，bootloader或者其他特殊功能的程序）。對於計算機系統（computer system），一般是firmware->bootloader->OS，對於嵌入式系統，一般是bootloader->OS。
二、設備樹的組成和應用
2.1 DTS和DTSI
.dts文件是一種ASCII文本對Device Tree的描述，放置在內核的/arch/arm/boot/dts目錄。一般而言，一個.dts文件對應一個ARM的machine。
.dtsi文件作用：由於一個SOC可能有多個不同的電路板，而每個電路板擁有一個 .dts。這些dts勢必會存在許多共同部分，爲了減少代碼的冗餘，設備樹將這些共同部分提煉保存在.dtsi文件中，供不同的dts共同使用。.dtsi的使用方法，類似於C語言的頭文件，在dts文件中需要進行include *.dtsi文件。當然，dtsi本身也支持include 另一個dtsi文件。
2.2. DTC
DTC爲編譯工具，它可以將.dts文件編譯成.dtb文件。DTC的源碼位於內核的scripts/dtc目錄，內核選中CONFIG_OF，編譯內核的時候，主機可執行程序DTC就會被編譯出來。 即scripts/dtc/Makefile中
hostprogs-y := dtc
always := $(hostprogs-y)
在內核的arch/arm/boot/dts/Makefile中，若選中某種SOC，則與其對應相關的所有dtb文件都將編譯出來。在linux下，make dtbs可單獨編譯dtb。以下截取了S5PV210平臺的一部分。
888行是我自己添加的一個設備樹文件
2.3. DTB
DTC編譯*.dts生成的二進制文件(.dtb)，bootloader在引導內核時，會預先讀取.dtb到內存，進而由內核解析。
2.4. Bootloader
Bootloader需要將設備樹在內存中的地址傳給內核。在ARM中通過bootm或bootz命令來進行傳遞。bootm [kernel_addr] [initrd_address] [dtb_address]，其中kernel_addr爲內核鏡像的地址，initrd爲initrd的地址，dtb_address爲dtb所在的地址。若initrd_address爲空，則用“-”來代替。
三、設備樹中dts、dtsi文件的基本語法
DTS的基本語法範例，如圖所示。
它包括一系列節點，以及描述節點的屬性。
“/”爲root節點。在一個.dts文件中，有且僅有一個root節點；在root節點下有“node1”，“node2”子節點，稱root爲“node1”和“node2”的parent節點，除了root節點外，每個節點有且僅有一個parent；其中子節點node1下還存在子節點“child-nodel1”和“child-node2”。
注：如果看過內核/arch/arm/boot/dts目錄的讀者看到這可能有一個疑問。在每個.dsti和.dts中都會存在一個“/”根節點，那麼如果在一個設備樹文件中include一個.dtsi文件，那麼豈不是存在多個“/”根節點了麼。其實不然，編譯器DTC在對.dts進行編譯生成dtb時，會對node進行合併操作，最終生成的dtb只有一個root node。Dtc會進行合併操作這一點從屬性上也可以得到驗證。這個後面分析。
在節點的{}裏面是描述該節點的屬性（property），即設備的特性。它的值是多樣化的：
1.它可以是字符串string，如model = “YIC System SMDKV210 based on S5PV210”；
也可能是字符串數組string-list，如compatible = “yic,smdkv210”, “samsung,s5pv210”;
2.它也可以是32 bit unsigned integers，整形用<>表示， reg = <0x30000000 0x20000000>;
3.它也可以是binary data，十六進制用[]表示，local-mac-address = [00 00 de ad be ef];
4.它也可能是空，empty_property;
爲了瞭解Device Tree的結構，我們首先給出一個Device Tree的示例：
/dts-v1/;
#include <dt-bindings/input/input.h>
#include “s5pv210.dtsi”
/ {
model = “YIC System SMDKV210 based on S5PV210”;
compatible = “yic,smdkv210”, “samsung,s5pv210”;
chosen {
bootargs = "console=ttySAC2,115200n8 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.101:/home/run/work/rootfs/rootfs_3.16.57 ip=192.1 68.0.20 init=/linuxrci earlyprintk";
};
memory@30000000 {
device_type = "memory";
reg = <0x30000000 0x20000000>;
};
ethernet@88000000 {
compatible = “davicom,dm9000”;
reg = <0x88000000 0x2 0x88000004 0x2>;
interrupt-parent = <&gph1>;
interrupts = <2 4>;
local-mac-address = [00 00 de ad be ef];
davicom,no-eeprom;
clocks = <&clocks CLK_SROMC>;
clock-names = “sromc”;
};
key {
empty_property;
}
};
四、Device Tree source file語法介紹
1.dts文件的基本組成單元爲：
[label:] node-name[@unit-address] {
[properties definitions] //就是屬性定義，對當前節點描述，將硬件信息提供給內核處理
[child nodes] //子節點
}
“[]”表示option，因此可以定義一個只有node name的空節點。如下：
key {
};
label方便在dts文件中引用，具體後面會描述。
@unit-address通常用區分名字相同的外設備，比如有兩塊內存。
memory@30000000 {
device_type = “memory”;
reg = <0x30000000 0x20000000>;
};
memory@50000000 {
device_type = “memory”;
reg = <0x50000000 0x20000000>;
};
這樣，在同一級別，就能通過節點名字區別不同設備。（不同級別設備節點是可以相同的，如下節點是可以的）
AAAAA {
device_type = “AAAAA”;
reg = <0x50000000 1>;
AAAAA {
device_type = "AAAAA";
reg = <0x60000000 1>;
};
};
child node的格式和node是完全一樣的，因此，一個dts文件中就是若干嵌套組成的node，property以及child note、child note property描述。
我們先以上面實例中的一部分爲例來分析：
/dts-v1/;
#include <dt-bindings/input/input.h>
#include “s5pv210.dtsi”
/ {
model = “YIC System SMDKV210 based on S5PV210”;
compatible = “yic,smdkv210”, “samsung,s5pv210”;
chosen {
bootargs = "console=ttySAC2,115200n8 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.101:/home/run/work/rootfs/rootfs_3.16.57 ip=192.168.0.20 init=/linuxrci earlyprintk";
};
memory@30000000 {
device_type = "memory";
reg = <0x30000000 0x20000000>;
};
};
device tree顧名思義是一個樹狀的結構，既然是樹，必然有根。
“/”是根節點的node name。
“{”和“}”之間的內容是該節點的具體的定義，其內容包括各種屬性的定義以及child node的定義。
chosen和memory都是sub node，sub node的結構和root node是完全一樣的，因此，sub node也有自己的屬性和它自己的sub node，最終形成了一個樹狀的device tree。
說到屬性中的<>代表的值，這裏引入Arrays of cells的概念：cell表示由尖括號分隔的32位無符號整數
舉例
/* example 1 */
interrupt = <17 0x0c>;
/* example 2,表示一個64位數據 */
clock-frequency = <0x00000001 0x00000000>;
/* example 3,A null-terminated string (有結束符的字符串) */
compatible = “simple-bus”;
/* example 4,A bytestring(字節序列) */
local-mac-address = [00 00 12 34 56 78]; // 每個byte使用2個16進制數來表示
local-mac-address = [000012345678]; // 每個byte使用2個16進制數來表示
chosen node主要用來描述由系統firmware指定的runtime parameter。如果存在chosen這個node，其parent node必須是名字是“/”的根節點。原來通過tag list傳遞的一些linux kernel的運行時參數可以通過Device Tree傳遞。例如command line可以通過bootargs這個property這個屬性傳遞；initrd的開始地址也可以通過linux,initrd-start這個property這個屬性傳遞。在本例中，chosen節點包含了bootargsbootargs的屬性。
chosen {
bootargs = “console=ttySAC2,115200n8 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.101:/home/run/work/rootfs/rootfs_3.16.57 ip=192.168.0.20 init=/linuxrci earlyprintk”;
};
通過該command line可以控制內核從net啓動，當然，具體項目要相應修改command line以便適應不同的需求。我們知道，device tree用於HW platform識別，runtime parameter傳遞以及硬件設備描述。chosen節點並沒有描述任何硬件設備節點的信息，它只是傳遞了runtime parameter。
memory device node是所有設備樹文件的必備節點，它定義了系統物理內存的layout。device_type屬性定義了該node的設備類型，例如cpu、serial等。對於memory node，其device_type必須等於memory。reg屬性定義了訪問該device node的地址信息。對於device node，reg描述了memory-mapped IO register的offset和length。對於memory node，定義了該memory的起始地址和長度。
當然memory也可以通過command line來傳遞.
chosen {
bootargs = “console=ttySAC2,115200n8 root=/dev/nfs nfsroot=192.168.0.101:/home/run/work/rootfs/rootfs_3.16.57
ip=192.168.0.20 init=/linuxrci earlyprintk mem=512M@30000000”;
};
在dts文件中，對於properties，有一些常用的、默認的、特殊的屬性，定義如下：
model
設備製造商的描述，如果有2款板子配置基本一致, 它們的compatible是一樣的那麼就通過model來分辨這2款板子
compatible
定義一系列的字符串, 用來指定內核中哪個machine_desc可以支持本設備，即這個板子兼容哪些平臺 。一般"供應商，產品"。
reg
描述設備資源在其父總線定義的地址空間中的地址。通常這意味着內存映射IO寄存器塊的偏移量和長度，但在某些總線類型上可能有不同的含義。根節點定義的地址空間中的地址是CPU實際地址。
#address-cells
在它的子節點的reg屬性中, 使用多少個u32整數來描述地址(address)
#size-cells
在它的子節點的reg屬性中, 使用多少個u32整數來描述地址長度(size)
phandle
節點中的phandle屬性, 它的取值必須是唯一的(不要跟其他的phandle值一樣)，使用phandle值來引用節點
bootargs
內核command line參數, 跟u-boot中設置的bootargs作用一樣
cpus
/cpus節點下面有1個或多個cpu子節點，cpu子節點用reg屬性來表明自己是那個cpu。
下面對上面屬性的常見用法做舉例分析：
model:
model = “YIC System SMDKV210 based on S5PV210”;
compatible：
對於根節點，用來指定內核中哪個machine_desc可以支持本設備，即這個板子兼容哪些平臺 。通常格式爲，","，manufacturer表示供應商，model字符串代表了與該設備兼容的其他設備
compatible = “yic,smdkv210”, “samsung,s5pv210”;
該屬性的值是string list，定義了一系列的modle（每個string是一個model）。這些字符串列表被操作系統用來選擇用哪一個driver來驅動該設備。假設定義該屬性： compatible = “yic,smdkv210”, “samsung,s5pv210”；那麼操作操作系統可能首先使用 "yic,smdkv210"來匹配適合的driver，如果沒有匹配到，那麼使用字符串"samsung,s5pv210"來繼續尋找適合的driver。對於root node，compatible屬性是用來匹配machine type的（在device tree代碼分析文章中會給出更細緻的描述）。
下面給出代碼中對應的匹配值。
#address-cells
#size-cells
reg
注：“cells”是由尖括號分隔的32位無符號整數：cell-property = <0xbeef 123 0xabcd1234>
下面表示32位系統中，1個512M內存的分佈。
/ {
......
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
memory@30000000 {
device_type = "memory";
reg = <0x30000000 0x20000000>;
};
};
下面表示32位系統中，2個512M內存的分佈。
/ {
......
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
memory@30000000 {
device_type = "memory";
reg = <0x30000000 0x20000000
0x70000000 0x20000000>;
};
};
如果我們的CPU是64位的，2G的內怎麼描述呢？
/ {
......
#address-cells = <2>;
#size-cells = <2>;
memory@100000000 {
device_type = "memory";
reg = <0x00000001 0x0 0x0 0x80000000>;
};
};
如果不指定#address-cells和#size-cells 的大小，那麼系統會認爲只是兩塊32位內存還是1塊64位內存呢？
總結：可編址的設備使用下列屬性來將地址信息編碼進設備樹：
reg
#address-cells
#size-cells
每個可尋址的設備有一個reg屬性，即以下面形式表示的元組列表：
reg = <address1 length1 [address2 length2] [address3 length3] … >
每個元組,。每個地址值由一個或多個32位整數列表組成，被稱做cells。同樣地，長度值可以是cells列表，也可以爲空。
既然address和length字段是大小可變的變量，父節點的#address-cells和#size-cells屬性用來說明各個子節點有多少個cells。換句話說，正確解釋一個子節點的reg屬性需要父節點的#address-cells和#size-cells值。
每個地址值是1 cell (32位) ，並且每個的長度值也爲1 cell，這在32位系統中是非常典型的。64位計算機可以在設備樹中使用2作爲#address-cells和#size-cells的值來實現64位尋址。
當然，在特殊情況下，是不需要長度的，即爲0。如下，CPU個數是一個整數，沒有寬度的。
cpus {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
cpu@0 {
device_type = "cpu";
compatible = "arm,cortex-a8";
reg = <0>;
};
};
bootargs：
內核command line參數, 跟u-boot中設置的bootargs作用一樣。
cpus:
cpus節點下面有1個或多個cpu子節點，cpu子節點用reg屬性來表明自己是那個cpu。所以cpus中有兩個屬性。
cpus {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
cpu@0 {
device_type = "cpu";
compatible = "arm,cortex-a8";
reg = <0>;
};
};
cpu的格式基本都是固定格式。缺一不可。
多核的通常會設置cpu的頻率，
cpus {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
cpu0: cpu@0 {
device_type = "cpu";
compatible = "arm,cortex-a15";
reg = <0x0>;
clock-frequency = <1600000000>;
};
cpu1: cpu@1 {
device_type = "cpu";
compatible = "arm,cortex-a15";
reg = <0x1>;
clock-frequency = <1600000000>;
};
cpu2: cpu@2 {
device_type = "cpu";
compatible = "arm,cortex-a15";
reg = <0x2>;
clock-frequency = <1600000000>;
};
cpu3: cpu@3 {
device_type = "cpu";
compatible = "arm,cortex-a15";
reg = <0x3>;
clock-frequency = <1600000000>;
};
};
device_type:
搜索了arch/arm/boot/dts下面的所有device_type，發現只有這幾種選項。
在dts文件中，引用其他節點：
1）phandle方式引用：
pic@10000000 {
phandle = <1>;
interrupt-controller;
};
another-device-node {
interrupt-parent = <1>; // 使用phandle值爲1來引用上述節點
};
這種方式要自己確認，在設備樹文件中phandle = <1>這個常量只能取值一次。
2）label 方式引用
節點格式
[label:] node-name[@unit-address] {
[properties definitions] //就是屬性定義，對當前節點描述，將硬件信息提供給內核處理
[child nodes] //子節點
}
PIC: pic@10000000 {
interrupt-controller;
};
another-device-node {
interrupt-parent = <&PIC>; // 使用label來引用上述節點,
// 使用lable時實際上也是使用phandle來引用,
// 在編譯dts文件爲dtb文件時, 編譯器dtc會在dtb中插入phandle屬性
};
這裏的label方式其實原理和phandle方式是一樣的，只不過lable對於我們使用來說更好辨認。dtc在編譯的時候會在使用label的節點中增加一個phandle的屬性，增加一個唯一的value，並把使用它的位置替換爲該value。
覆蓋規則：
同一層次的節點，後面的會覆蓋前面的節點。
memory@30000000 {
device_type = "memory";
reg = <0x30000000 0x20000000>;
};
memory@30000000 {
reg = <0x30000000 0x10000000>;
};
上面這種情況和dtsi裏一個dts文件裏一個是相同的效果。
編譯
make dtbs CROSS_COMPILE=arm-none-linux-gnueabi-
反編譯
dtc -I dtb -O dts -o tmp.dts s5pv210-x210.dtb
查看tmp.dts文件
memory@30000000 {
device_type = "memory";
reg = <0x30000000 0x10000000>;
};
確認已經替換。
直接引用方式覆蓋（增加）節點屬性：
假設下面節點定義在dtsi文件中
xusbxti: oscillator@1 {
compatible = “fixed-clock”;
reg = <1>;
clock-frequency = <0>;
clock-output-names = “xusbxti”;
#clock-cells = <0>;
};
某個dis文件包含了該dtsi文件，並定義瞭如下內容
&xusbxti {
clock-frequency = <24000000>;
};
反編譯後的clock-frequency值爲0x16e33600也即爲替換後的新值24000000
這裏要特別注意一點：
直接覆蓋方式引用時，新的覆蓋要放在根節點外面即，剛纔的例子要按照這種方式替換clock-frequency屬性。
/ {
};
&xusbxti {
clock-frequency = <24000000>;
};
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