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Linux設(shè)備樹(shù)（Device Tree）是一種開(kāi)源的、可重用的、硬件描述技術(shù)。它使得Linux內(nèi)核能夠更好地管理硬件設(shè)備，并有助于在不同的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)移植性和可維護(hù)性。 在本文中，我們將詳細(xì)介紹設(shè)備樹(shù)技術(shù)及其在Linux內(nèi)核中的應(yīng)用。
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1 什么是設(shè)備樹(shù)
設(shè)備樹(shù)是一種軟件數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，用于描述硬件設(shè)備的層次結(jié)構(gòu)和屬性。 它是一種單一源代碼描述，多平臺(tái)使用的方法，可以在一個(gè)平臺(tái)上編寫(xiě)設(shè)備樹(shù)，然后將其移植到另一個(gè)平臺(tái)。
設(shè)備樹(shù)最初是在PowerPC架構(gòu)上開(kāi)發(fā)的，因?yàn)镻PC系統(tǒng)有大量的硬件設(shè)備選項(xiàng)，在啟動(dòng)時(shí)需要正確配置這些設(shè)備。 設(shè)備樹(shù)取代了以前的硬編碼、啟動(dòng)wrapper等方法，使得內(nèi)核源碼更加簡(jiǎn)潔、易于維護(hù)。
設(shè)備樹(shù)通常由三個(gè)主要部分組成：設(shè)備樹(shù)源（DTS）、設(shè)備樹(shù)編譯器（DTC）和內(nèi)核映像文件。設(shè)備樹(shù)源文件是一個(gè)文本文件，以.dts作為擴(kuò)展名，包含設(shè)備樹(shù)內(nèi)的設(shè)備節(jié)點(diǎn)和屬性信息。設(shè)備樹(shù)編譯器可以將.dts文件編譯為二進(jìn)制設(shè)備樹(shù)文件（.dtb），這個(gè)文件可以由內(nèi)核解析，在內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)自動(dòng)加載，以初始化系統(tǒng)硬件。
2 設(shè)備樹(shù)的作用
硬件設(shè)備的配置和初始化是內(nèi)核啟動(dòng)過(guò)程的一部分。在Linux內(nèi)核中，設(shè)備樹(shù)使內(nèi)核能夠更好地管理硬件設(shè)備，并能夠根據(jù)硬件配置來(lái)選擇正確的驅(qū)動(dòng)程序，并正確配置設(shè)備。
在使用設(shè)備樹(shù)之前，內(nèi)核開(kāi)發(fā)人員需要熟悉每個(gè)硬件平臺(tái)的規(guī)格及其設(shè)備選項(xiàng)，然后根據(jù)此信息手動(dòng)編寫(xiě)硬件相關(guān)的初始化代碼。這意味著內(nèi)核開(kāi)發(fā)人員需要對(duì)每個(gè)支持的平臺(tái)進(jìn)行大量的代碼編寫(xiě)和維護(hù)，這不僅工作量大，而且容易出錯(cuò)。
使用設(shè)備樹(shù)后，內(nèi)核開(kāi)發(fā)人員可以通過(guò)編寫(xiě)通用的、平臺(tái)無(wú)關(guān)的代碼，更大程度減少手動(dòng)配置和硬編碼的情況。這使得開(kāi)發(fā)人員能夠更好地專注于內(nèi)核功能的實(shí)現(xiàn)，而不是對(duì)設(shè)備的固有復(fù)雜性。另外，當(dāng)在多個(gè)平臺(tái)上運(yùn)行相同的內(nèi)核時(shí)，可以通過(guò)編寫(xiě)一份通用的設(shè)備樹(shù)來(lái)避免針對(duì)每個(gè)平臺(tái)重新編寫(xiě)代碼，這大大簡(jiǎn)化了內(nèi)核的移植性和可維護(hù)性。
3 設(shè)備樹(shù)的使用
設(shè)備樹(shù)通常在裸機(jī)環(huán)境下使用，包括嵌入式系統(tǒng)、ARM等平臺(tái)。內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)，它會(huì)從啟動(dòng)設(shè)備（如flash、sdcard、網(wǎng)絡(luò)等）中讀取設(shè)備樹(shù)，并解析它，根據(jù)內(nèi)容對(duì)硬件進(jìn)行初始化。具體實(shí)現(xiàn)方式為：當(dāng)內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)，啟動(dòng)加載器（如uboot、grub等）會(huì)從啟動(dòng)設(shè)備中加載內(nèi)核映像和設(shè)備樹(shù)，并將它們發(fā)送給內(nèi)核。內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)，將使用設(shè)備樹(shù)以確保內(nèi)核可以正確處理裸機(jī)環(huán)境中的各種硬件。
設(shè)備樹(shù)通常位于內(nèi)核映像的兩端。設(shè)備樹(shù)本身是一個(gè)有機(jī)獨(dú)立的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，作為內(nèi)核彼此獨(dú)立的源?？梢允褂妹钚羞x項(xiàng)傳遞設(shè)備樹(shù)參數(shù)，以在內(nèi)核啟動(dòng)時(shí)將設(shè)備樹(shù)傳遞給內(nèi)核。如果沒(méi)有傳遞設(shè)備樹(shù)，內(nèi)核將使用默認(rèn)的設(shè)備樹(shù)配置。
4 設(shè)備樹(shù)的編寫(xiě)
編寫(xiě)設(shè)備樹(shù)需要熟悉設(shè)備樹(shù)語(yǔ)言和所描述設(shè)備的規(guī)格。設(shè)備樹(shù)語(yǔ)言是一種基于屬性的、聲明式的語(yǔ)言，使用樹(shù)狀結(jié)構(gòu)來(lái)描述設(shè)備間的關(guān)系和屬性。它可以描述設(shè)備節(jié)點(diǎn)之間的層次結(jié)構(gòu)，以及每個(gè)節(jié)點(diǎn)所擁有的屬性。
在設(shè)備樹(shù)中，設(shè)備以節(jié)點(diǎn)（Node）的形式出現(xiàn)。節(jié)點(diǎn)可以是設(shè)備、總線、邏輯組件等。每個(gè)節(jié)點(diǎn)都可以有自己的屬性，如設(shè)備ID、時(shí)鐘等。將設(shè)備樹(shù)定義為一個(gè)硬件層次結(jié)構(gòu)表示，樹(shù)中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都會(huì)告訴內(nèi)核必需信息，這些信息將有助于內(nèi)核管理與設(shè)備相關(guān)的任務(wù)，比如初始化驅(qū)動(dòng)程序、分配資源等。
設(shè)備樹(shù)還具有覆蓋的特性——特定節(jié)點(diǎn)的屬性可以在多個(gè)設(shè)備樹(shù)文件中進(jìn)行定義，并通過(guò)合并它們來(lái)一起使用。此外，設(shè)備樹(shù)允許使用不同的平臺(tái)定義，以提高代碼的可移植性和可維護(hù)性。
5 設(shè)備樹(shù)的優(yōu)點(diǎn)
設(shè)備樹(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是極大地簡(jiǎn)化了嵌入式系統(tǒng)中硬件的配置和開(kāi)發(fā)。 設(shè)備樹(shù)技術(shù)將硬件層次結(jié)構(gòu)從內(nèi)核代碼中搬移到用戶空間中，使內(nèi)核的代碼簡(jiǎn)潔、便于維護(hù)。這是一種可重用的技術(shù)，允許相同的內(nèi)核鏡像在多個(gè)不同的硬件平臺(tái)上運(yùn)行。設(shè)備樹(shù)還可以確保系統(tǒng)的可擴(kuò)展性，支持添加新的硬件設(shè)備或升級(jí)現(xiàn)有的硬件組件。
6 結(jié)論
Linux設(shè)備樹(shù)是一種開(kāi)源的、可重用的、硬件描述技術(shù)，可以使內(nèi)核能夠更好地管理硬件設(shè)備，并有助于在不同的硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)移植性和可維護(hù)性。通過(guò)簡(jiǎn)化嵌入式設(shè)備的開(kāi)發(fā)和維護(hù)，它可以提高開(kāi)發(fā)效率、降低開(kāi)發(fā)成本和減少出錯(cuò)率。如果你在嵌入式開(kāi)發(fā)中，設(shè)備樹(shù)是一個(gè)非常有價(jià)值的技術(shù)，應(yīng)該好好學(xué)習(xí)并掌握它。
相關(guān)問(wèn)題拓展閱讀：
- 單獨(dú)編譯內(nèi)核和設(shè)備樹(shù)
單獨(dú)編譯內(nèi)核和設(shè)備樹(shù)
source /opt/fsl-imx-xwayland/4.19-warrior/激做environment-setup-aarch64-poky-linux
export ARCH=arm64
make -j 16
生成的Image 和dtb在下面的路徑此喚
~/森鉛凱imx-yocto-bsp/build-imx8mmevk/tmp/work/imx8mmevk-poky-linux/linux-imx/4.19.35-r0/git/arch/arm64/boot
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