DTS（设备树）
device tree的基本单元是node,这些node被组织成树状结构。除了root node，每个node都只有一个parent。一个device tree文件中只能有一个root node。每个node中包含了若干的property/value来描述该node的一些特性。每个node用节点名字（node name）标识，节点名字的格式是node-name@unit-address。如果该node没有reg属性（后面会描述这个property），那么该节点名字中必须不能包括@和unit-address。unit-address的具体格式是和设备挂在那个bus上相关。例如对于cpu，其unit-address就是从0开始编址，以此加一。而具体的设备，例如以太网控制器，其unit-address就是寄存器地址。root node的node name是确定的，必须是“/”。
如果一个device node中包含了有寻址需求（要定义reg property）的sub node（child node，和sub node是一样的意思），那么就必须要定义这两个属性。“#”是number的意思，#address-cells这个属性是用来描述sub node中的reg属性的地址域特性的，也就是说需要用多少个u32的cell来描述该地址域。同理可以推断#size-cells的含义，下面对reg的描述中会给出更详细的信息。
reg属性定义了访问该device node的地址信息，该属性的值被解析成任意长度的（address，size）数组，具体用多长的数据来表示address和size是在其parent node中定义（#address-cells和#size-cells）。对于device node，reg描述了memory-mapped IO register的offset和length。对于memory node，定义了该memory的起始地址和长度。
本例中的物理内存的布局并没有通过memory node传递，其实我们可以使用command line传递，我们command line中的参数“mem=64M@0x30000000”已经给出了具体的信息。我们用另外一个例子来加深对本节描述的各个属性以及memory node的理解。假设我们的系统是64bit的，physical memory分成两段，定义如下：
RAM: starting address 0x0, length 0x80000000 (2GB)
RAM: starting address 0x100000000, length 0x100000000 (4GB)
对于这样的系统，我们可以将root node中的#address-cells和#size-cells这两个属性值设定为2，可以用下面两种方法来描述物理内存：
方法1：
memory@0 {
device_type = "memory";
reg = <0x000000000 0x00000000 0x00000000 0x80000000
0x000000001 0x00000000 0x00000001 0x00000000>;
};方法2：
memory@0 {
device_type = "memory";
reg = <0x000000000 0x00000000 0x00000000 0x80000000>;
};memory@100000000 {
device_type = "memory";
reg = <0x000000001 0x00000000 0x00000001 0x00000000>;
};
概念 Linux内核从3.x开始引入设备树的概念，用于实现驱动代码与设备信息相分离。在设备树出现以前，所有关于设备的具体信息都要写在驱动里，一旦外围设备变化，驱动代码就要重写。引入了设备树之后，驱动代码只负责处理驱动的逻辑，而关于设备的具体信息存放到设备树文件中，这样，如果只是硬件接口信息的变化而没有驱动逻辑的变化，驱动开发者只需要修改设备树文件信息，不需要改写驱动代码。比如在ARM Linux内，一个**.dts(device tree source)文件对应一个ARM的machine，一般放置在内核的"arch/arm/boot/dts/"目录内，比如exynos4412参考板的板级设备树文件就是"arch/arm/boot/dts/exynos4412-origen.dts"。这个文件可以通过$make dtbs命令编译成二进制的.dtb文件**供内核驱动使用。
基于同样的软件分层设计的思想，由于一个SoC可能对应多个machine，如果每个machine的设备树都写成一个完全独立的**.dts文件**，那么势必相当一些**.dts文件有重复的部分，为了解决这个问题，Linux设备树目录把一个SoC公用的部分或者多个machine共同的部分提炼为相应的 .dtsi 文件。这样每个**.dts就只有自己差异的部分，公有的部分只需要"include"相应的.dtsi文件**, 这样就是整个设备树的管理更加有序。
DTS即Device Tree Source 设备树源码, 是一种描述硬件的数据结构
DTS的加载过程
- 用户根据解自己的硬件配置和系统运行参数，编写DTS文件
- DTC（Device Tree Compiler）将DTS文件变成适合机器处理的DTB文件（Device Tree binary ）
- 系统启动时，通过bootloader的交互式命令加载DTB到内核
Device Tree描述的信息
- CPU的数量和类别
- 内存基地址和大小
- 总线和桥
- 外设连接
- 中断控制器和中断使用情况
- GPIO控制器和GPIO使用情况
- Clock控制器和Clock使用情况
Device Tree的结构
由一系列被命名的结点（node）和属性（property）组成，
/ -------------根节点
@ ------------如果设备有地址，则由此符号指定
& -------------引用节点
: ---------------冒号前的label是为了方便引用给节点起的别名，此label一般使用为&label
, -------------- 属性名称中可以包含逗号。如compatible属性的名字 组成方式为"[manufacturer], [model]"，加入厂商名是为了避免重名。自定义属性名中通常也要有厂商名，并以逗号分隔。
# -------------并不表示注释。如 #address-cells ，#size-cells 用来决定reg属性的格式。
-----------空属性并不一定表示没有赋值。如 interrupt-controller 一个空属性用来声明这个node接收中断信号
“” --------------引号中的为字符串，字符串数组：”strint1”,”string2”,”string3”
< > ------------尖括号中的为32位整形数字，整形数组<12 3 4>
[ ] --------------方括号中的为32位十六进制数，十六机制数据[0x11 0x12 0x13] 其中0x可省略
结点本身可包含子结点。
/ { //根节点
node1 { //子结点
a-string-property = "A string";
a-string-list-property = "first string", "second string";
a-byte-data-property = [0x01 0x23 0x34 0x56];
child-node1 { //子节点的子节点
first-child-property;
second-child-property = <1>;
a-string-property = "Hello, world";
};
child-node2 {
};
};
node2 { //子节点
an-empty-property;
a-cell-property = <1 2 3 4>; /* each number (cell) is a uint32 */
child-node1 {
};
};
};#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
external-bus {
#address-cells = <2>
#size-cells = <1>;
ranges = <0 0 0x10100000 0x10000 // Chipselect 1, Ethernet
1 0 0x10160000 0x10000 // Chipselect 2, i2c controller
2 0 0x30000000 0x1000000>; // Chipselect 3, NOR Flash
ethernet@0,0 {
compatible = "smc,smc91c111";
reg = <0 0 0x1000>;
interrupts = < 5 2 >;
};
i2c@1,0 {
compatible = "acme,a1234-i2c-bus";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
reg = <1 0 0x1000>;
rtc@58 {
compatible = "maxim,ds1338";
reg = <58>;
interrupts = < 7 3 >;
};
};
flash@2,0 {
compatible = "samsung,k8f1315ebm", "cfi-flash";
reg = <2 0 0x4000000>;
};
};
}; 属性，其实就是成对出现的name和value
compatible属性
- 组织形式----------"
, "，manufacturer表征了结点代表的确切设备，特指。model表征可兼容的其他设备，泛指。 - 作用-----------用户驱动和设备的绑定
name属性
- 组织形式----------
[@ ]，name指结点对应的设备类型,@unit-address表示结点设备的地址 - 作用-----------标识设备，多个相同类型设备结点的name可以一样，只要unit-address不同即可
reg属性
- 组织形式---------reg =
， - 作用----------表明了设备使用的一个地址范围。父结点#address-cells和#size-cells分别决定了子结点reg属性的address和length字段的长度，子节点有特殊需求的话，可以自己再定义，这样就可以摆脱父节点的控制。
- address-cells=2----------一个是片选序号，另一个是片选序号上的偏移量，表示挂载在外部总线上，需要通过片选线工作的一些模块。
ranges属性
- 组织形式---------片选0，偏移0，被映射到CPU地址空间的0x10100000~0x10110000中，地址长度为0x10000(第一行)。
- 作用---------地址转换表，其中的每个项目是一个子地址、父地址以及在子地址空间的大小的映射。由子节点的address-cells的值、父节点的address-cells的值和子节点的size-cells来决定。
描述中断连接需要四个属性：
intc: interrupt-controller@10140000 {
compatible = "arm,pl190";
reg = <0x10140000 0x1000 >;
interrupt-controller;
#interrupt-cells = <2>;
}; 1. interrupt-controller 一个空属性用来声明这个node接收中断信号；
2. #interrupt-cells 这是中断控制器节点的属性，用来标识这个控制器需要几个单位做中断描述符；
3. interrupt-parent 标识此设备节点属于哪一个中断控制器，如果没有设置这个属性，会自动依附父节点的；
4. interrupts 一个中断标识符列表，表示每一个中断输出信号。
二个cell的情况
spi@10115000 {
compatible = "arm,pl022";
reg = <0x10115000 0x1000 >;
interrupts = < 4 0 >;
}; 第一个值： 该中断位于他的中断控制器的索引；
第二个值：触发的type
固定的取值如下：
1 （0001）= low-to-high edge triggered
2 （0010）= high-to-low edge triggered
4 （0100）= active high level-sensitive
8 （1000）= active low level-sensitive
三个cell的情况
第一个值：中断号
第二个值：触发的类型
第三个值：优先级，0级是最高的，7级是最低的；其中0级的中断系统当做 FIQ处理。
DTS设备树描述文件中什么代表总线，什么代表设备
一个含有compatible属性的节点就是一个设备。包含一组设备节点的父节点即为总线。
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Linux中的设备树还包括几个特殊的节点，比如chosen，chosen节点不描述一个真实设备，而是用于firmware传递一些数据给OS，比如bootloader传递内核启动参数给内核。
引用 当我们找一个节点的时候，我们必须书写完整的节点路径，这样当一个节点嵌套比较深的时候就不是很方便，所以，设备树允许我们用下面的形式为节点标注引用(起别名)，借以省去冗长的路径。这样就可以实现类似函数调用的效果。编译设备树的时候，相同的节点的不同属性信息都会被合并，相同节点的相同的属性会被重写，使用引用可以避免移植者四处找节点，直接在板级.dts增改即可。
在设备树中，键值对是描述属性的方式，比如，Linux驱动中可以通过设备节点中的**"compatible"这个属性查找设备节点。 Linux设备树语法中定义了一些具有规范意义的属性，包括：compatible, address, interrupt等，这些信息能够在内核初始化找到节点的时候，自动解析生成相应的设备信息。此外，还有一些Linux内核定义好的，一类设备通用的有默认意义的属性，这些属性一般不能被内核自动解析生成相应的设备信息，但是内核已经编写的相应的解析提取函数，常见的有 "mac_addr"，"gpio"，"clock"，"power"。"regulator"** 等等。
compatible 设备节点中对应的节点信息已经被内核构造成struct platform_device。驱动可以通过相应的函数从中提取信息。compatible属性是用来查找节点的方法之一，另外还可以通过节点名或节点路径查找指定节点。
#address-cells，用来描述子节点 reg 属性的地址表中用来描述首地址的cell的数量，
#size-cells， 用来描述子节点 reg 属性的地址表中用来描述地址长度的cell的数量。
DTB的编译
DTB(Devicetree Blob)是DTS的二进制文件格式，Kernel使用DTC工具将DTS源文件编译成DTB，bootloader再将DTB文件传递给Kernel解析。
不遵守标准书写的DTS文件在编译的时候会报错。
DTB的文件结构
DTB文件的结构如上图所示，主要在3部分：
struct ftd_header。文件头结构；
structure block。存放含Node和Property的Value；
strings block。存放Property的Name；把Property Name单独分为一个区域的原因是，有很多Property Name是重复的，单独一个区域可以使用指针引用，节约空间。
dtb中的fdt_header的数据结构：
struct fdt_header {
uint32_t magic;
uint32_t totalsize;
uint32_t off_dt_struct;
uint32_t off_dt_strings;
uint32_t off_mem_rsvmap;
uint32_t version;
uint32_t last_comp_version;
uint32_t boot_cpuid_phys;
uint32_t size_dt_strings;
uint32_t size_dt_struct;
};
dtb中node header的数据结构：
struct fdt_node_header {
fdt32_t tag;
char name[0]; // node name 存放在structure block
};
dtb中property header的数据结构：
struct fdt_property {
fdt32_t tag;
fdt32_t len;
fdt32_t nameoff; // perperty name存放在strings block
char data[0];
};
整个文件使用5种token来分割出node和property：
FDT_BEGIN_NODE (0x00000001)
FDT_END_NODE (0x00000002)
FDT_PROP (0x00000003)
FDT_NOP (0x00000004)
FDT_END (0x00000009)
可以使用hex编辑器来查看DTB文件的结构：
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设备树文件的格式为dts，包含的头文件格式为dtsi，dts文件是一种人可以看懂的编码格式。但是uboot和linux不能直接识别，他们只能识别二进制文件，所以需要把dts文件编译成dtb文件。dtb文件是一种可以被kernel和uboot识别的二进制文件。把dts编译成dtb文件的工具是dtc。Linux源码目录下scripts/dtc目录包含dtc工具的源码。在Linux的scripts/dtc目录下除了提供dtc工具外，也可以自己安装dtc工具，linux下执行：sudo apt-get install device-tree-compiler安装dtc工具。其中还提供了一个fdtdump的工具，可以反编译dtb文件。dts和dtb文件的转换如图所示。
dtc工具的使用方法是：dtc –I dts –O dtb –o xxx.dtb xxx.dts，即可生成dts文件对应的dtb文件了。
在编译linux内核时。也可以直接make dtbs生成dtb文件。
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