Linux驱动入门-设备树DTS概念介绍
设备树（dts:device tree source），字面意思就是一块电路板上设备如上图中cpu、ddr、i2c、gpio、spi等，按照树形结构描绘成的一棵树。按照策略和功能分离的思路，就是驱动代码（功能）和设备树dts配置文件（策略）分开来进行设计，这样针对不同的电路板，linux驱动代码就不用动了，只需要改改dts就可以，dts中的配置会决定哪些驱动去运行。 linux相关知识在嵌入式领域中很重要，要学习可以找一个能运行linux代码的环境，最好有一个开发板，也可以用qemu在ubuntu上运行，可以参考之前的文章：linux驱动-imx6ull开发板qemu环境搭建或者自己搭建一个参考： https://zhuanlan.zhihu.com/p/521196386
设备树起源
在linux 2.6中，arm架构的板极硬件细节过多地被硬编码在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx中，如果外设发生相应的变化，那么驱动代码就需要改动。 2011年，linux之父linus torvalds发现这个问题后，就通过邮件向arm-linux开发社区发了一封邮件，不禁的发出了一句“this wholearm thing is a f*cking pain in the ass”。之后，arm社区就引入了powerpc等架构已经采用的设备树(flattened device tree)机制，将板级信息内容都从linux内核中分离开来，用一个专属的文件格式来描述，即现在的.dts文件。
从 3.x 版本之后开始支持使用设备树，这样做的意义重大，可以实现驱动代码与设备的硬件信息相互的隔离，减少了代码中的耦合性。通过设备树对硬件信息的抽象，驱动代码只要负责处理逻辑，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，开发者只需要修改设备树文件信息，不需要改写驱动代码。
设备树由一系列被命名的节点（node）和属性（property）组成，而节点本身可包含子节点。在设备树中，可描述的信息包括：
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。
时钟控制器和时钟使用情况。
基本上就是画一棵电路板上cpu、总线、设备组成的树，bootloader会将这棵树传递给内核，然后内核可以识别这棵树，并根据它展开出linux内核中的platform_device、i2c_client、spi_device等设备，而这些设备用到的内存、irq等资源，也被传递给了内核，内核会将这些资源绑定给展开的相应的设备。
2. 基本概念介绍 2.1 dts
dts(device tree source设备树源文件)文件是一种ascii文本格式的设备树描述文件，此文件适合人类阅读，主要是给用户看的。
硬件的相应信息都会写在.dts为后缀的文件中，每一款硬件可以单独写一份xxxx.dts，一般在linux源码中存在大量的dts文件，对于 arm 架构可以在arch/arm/boot/dts找到相应的dts，另外mips则在arch/mips/boot/dts，powerpc在arch/powerpc/boot/dts。
对于imx6ull开发板 arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dts
dts中一般会包一个公共部分的dtsi文件，如下：
#includeimx6ull.dtsi
2.2 dtsi
值得一提的是，对于一些相同的dts配置可以抽象到dtsi文件中，然后类似于 c 语言的方式可以include到dts文件中，对于imx6ull开发板arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi
对于同一个节点的设置情况，dts中的配置会覆盖dtsi中的配置。具体如下图所示；
2.3 dtc
dtc是编译dts的工具，可以在ubuntu系统上通过指令apt-get install device-tree-compiler安装dtc工具，不过在内核源码scripts/dtc路径下已经包含了dtc工具；
2.4 dtb
dtb(devicetree blob)，dts经过dtc编译之后会得到dtb文件，dtb通过bootloader引导程序加载到内核。所以bootloader需要支持设备树才行；kernel 也需要加入设备树的支持；
dtb文件布局如下：
从上图可以看出，dtb文件主要包含四部分内容：
struct ftdheader：用来表明各个分部的偏移地址，整个文件的大小，版本号等；
memory reservation block：在设备树中使用/memreserve/ 定义的保留内存信息；
structure block：保存节点的信息，节点的结构；
strings block：保存属性的名字，单独作为字符串保存；
dtb文件代码级别的解析可以参考： https://cloud.tencent.com/developer/article/1887823
(1) dtb 文件的结构图如下：
(2) 设备节点的结构图如下：
2.5 dtb加载及解析过程
u-boot处理如下：
3. dts基本框架
下图是一个设备树文件的基本架构；大概看了一下有点类似于xml文件，简单概括一下有这几个部分；
一个例子：
1 个双核arm cortex-a932 位处理器；arm 本地总线上的内存映射区域分布有
两个串口（分别位于0x101f1000和0x101f2000）
gpio控制器（位于0x101f3000）
spi控制器（位于0x10170000）
中断控制器（位于0x10140000）
外部总线桥上连接的设备如下：
smc smc91111以太网（位于0x10100000）
i2c控制器（位于0x10160000）
64mb nor flash（位于0x30000000） 外部总线桥上连接的 i2c 控制器所对应的 i2c 总线上又连接了maximds1338实时钟（i2c 地址为0x58）具体如下图所示； 一个移植网卡的例子：
比如dm9000网卡，就需要首先将示例信息挂接到我们的板级设备树上，并根据芯片手册和电路原理图将相应的属性进行配置，再配置相应的驱动。需要注意的是，dm9000的地址线一般是接在片选线上的，所以设备树中就应该归属与相应片选线节点，我这里用的exynos4412，接在了bank1，所以是
最终的配置结果是：
然后make menuconfig勾选相应的选项将dm9000的驱动编译进内核。
[*] networking support ---> networking options ---> packet socket unix domain sockets [*] tcp/ip networking [*] ip: kernel level autoconfigurationdevice drivers ---> [*] network device support ---> [*] ethernet driver support (new) ---> dm9000 supportfile systems ---> [*] network file systems (new) ---> nfs client support [*] nfs client support for nfs version 3 [*] nfs client support for the nfsv3 acl protocol extension [*] root file system on nfs执行make uimage;make dtbs,tftp下载，成功加载nfs根文件系统并进入系统，表示网卡移植成功
详细语法参考：https://www.cnblogs.com/xiaojiang1025/p/6131381.html 4. 修改dts试验 4.1 dts修改 修改设备树文件 arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dts，添加一个我们自己的模块dts_tree1：
修改完成后执行make dtbs 重新编译设备树文件，编译完成后arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dtb，将其下载到芯片中。
或者用qemu运行的时候，修改参考指向这个新的dtb文件。
查看设备树节点进入内核，执行
ls /proc/device-tree/
我们会发现刚刚创建的设备树节已经存在了
跟我们在dts里面修改的一样，这里变成了一个个的文件形式。文件的名字是属性的名字，内容是值。
具体看看节点的内容，执行
4.2 内核中添加驱动模块
参考：linux驱动实践:带你一步一步编译内核驱动程序 - iot物联网小镇 - 博客园
在/drivers文件夹下创建dts_test文件夹，然后创建kconfig文件
bash
config dts_test
tristate dts test
default y
help
this is the dts test
创建makefile文件
javascript
obj-$(config_dts_test) += dts_test.o
在drivers文件夹下的kconfig和makefile文件中分别添加
c
source drivers/dts_test/kconfig
obj-$(config_dts_test) += dts_test/
创建dts_test.c文件
c++
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define driver_name imx6ul,dts-tree
static int devtree_probe(struct platform_device * pdev)
{
struct fwnode_handle *child;
const char *p1,*p2[3];
u32 p3[2],value;
u8 testmac[6];
int i=0;
printk(kern_info **********devtree_probe****************** );
device_property_read_string(&pdev->dev,test-string,&p1);
printk(devtree_probe node test-string is: %s ,p1);
device_property_read_string_array(&pdev->dev, test-strings, p2, 3);
printk(devtree_probe node test-strings is: %s%s%s ,p2[0],p2[1],p2[2]);
device_property_read_u32(&pdev->dev,test-u32,&value);
printk(devtree_probe node test-u32 is: ,value);
device_property_read_u32_array(&pdev->dev, test-u32s, p3, 2);
printk(devtree_probe node test-u32s is: , ,p3[0],p3[1]);
device_property_read_string(&pdev->dev,compatible,&p1);
printk(devtree_probe node compatible is: %s ,p1);
device_property_read_string(&pdev->dev,status,&p1);
printk(devtree_probe node status is: %s ,p1);
printk( * devtree_probe child node );
device_for_each_child_node(&pdev->dev, child){
printk(*************childnode%d************* ,i++);
fwnode_property_read_string(child,test-string,&p1);
printk(childnode test-string is: %s ,p1);
fwnode_property_read_string_array(child,test-strings,p2,3);
printk(childnode test-strings is: %s%s%s ,p2[0],p2[1],p2[2]);
fwnode_property_read_u32_array(child,test-u32,&value,1);
printk(childnode test-u32 is: ,value);
fwnode_property_read_u32_array(child,test-u32s,p3,2);
printk(childnode test-u32s is: , ,p3[0],p3[1]);
fwnode_property_read_u8_array(child,test-u8s,testmac,6);
printk(childnode test-u32s is: [%x,%x,%x,%x,%x,%x] ,testmac[0],testmac[1],testmac[2],testmac[3],testmac[4],testmac[5]);
}
return 0;
}
static int devtree_remove(struct platform_device * pdev)
{
printk(kern_info devtree_remove );
return 0;
}
static const struct of_device_id of_devtree_dt_match[] = {
{.compatible = driver_name},
{},
};
module_device_table(of,of_devtree_dt_match);
static struct platform_driver devtree_test_driver = {
.probe = devtree_probe,
.remove = devtree_remove,
.driver = {
.name = driver_name,
.owner = this_module,
.of_match_table = of_devtree_dt_match,
},
};
static int devtree_test_init(void)
{
int num=0,i=0,value;
const char *p1;
struct device_node *node1,*childnode1;
u32 p2[2];
u8 testmac[6];
pr_warn(kern_info ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^devtree_test_init^^^^^^^^^^^ );
printk(kern_info ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^devtree_test_init^^^^^^^^^^^ );
printk( *************devtree init start *************** );
node1 = of_find_node_by_path(/dts-tree1);
if(node1 == null){
printk(of_find_node_by_path failed );
return -enodev;
}
else{
printk(of_find_node_by_path dts-tree1 ok );
}
//read string
of_property_read_string(node1, test-string, &p1);
printk(dts-tree1 node :test-string is: %s ,p1);
//read strings
num = of_property_count_strings(node1, test-strings);
printk(dts-tree1 node test-strings num is: %d ,num);
for(i=0;i of_property_read_string_index(node1,test-strings,i,&p1);
printk(%s,p1);
}
//read string compatible
of_property_read_string(node1, compatible, &p1);
printk(dts-tree1 node compatible is: %s ,p1);
//read string status
of_property_read_string(node1, status, &p1);
printk(dts-tree1 node status is: %s ,p1);
//read u32 test-u32
of_property_read_u32(node1,test-u32,&value);
printk(dts-tree1 node test-u32 is: ,value);
//read u32s test-u32s
of_property_read_u32_array(node1, test-u32s, p2, 2);
printk(dts-tree1 node test-u32s is: , ,p2[0],p2[1]);
//read u8s test-u8s
of_property_read_u8_array(node1, test-u8s, testmac, 6);
printk(dts-tree1 node test-u8s is: ,,,,, ,testmac[0],testmac[1],testmac[2],testmac[3],testmac[4],testmac[5]);
//get dts_child_node1 device node
childnode1 = of_get_child_by_name(node1,dts_child_node1);
if(childnode1 == null){
printk(of_get_child_by_name failed );
return -enodev;
}
printk(of_get_child_by_name dts_child_node1 ok );
of_property_read_string(childnode1, test-string, &p1);
printk(dts_child_node1 node test-string is: %s ,p1);
return platform_driver_register(&devtree_test_driver);
}
static void devtree_test_exit(void)
{
printk(kern_info devtree_test_exit );
platform_driver_unregister(&devtree_test_driver);
}
module_init(devtree_test_init);
module_exit(devtree_test_exit);
module_license(gpl);
module_author(zheng);
kconfig中是y，这样系编译运行后，会直接看到打印：
4.3 常用of api
linux 内核中和设备树相关的函数内核关于设备树的驱动都放在/drivers/of下，用户可以使用这里面的函数对设备树进行操作。
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设备树起源
在linux 2.6中，arm架构的板极硬件细节过多地被硬编码在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx中，如果外设发生相应的变化，那么驱动代码就需要改动。 2011年，linux之父linus torvalds发现这个问题后，就通过邮件向arm-linux开发社区发了一封邮件，不禁的发出了一句“this wholearm thing is a f*cking pain in the ass”。之后，arm社区就引入了powerpc等架构已经采用的设备树(flattened device tree)机制，将板级信息内容都从linux内核中分离开来，用一个专属的文件格式来描述，即现在的.dts文件。
从 3.x 版本之后开始支持使用设备树，这样做的意义重大，可以实现驱动代码与设备的硬件信息相互的隔离，减少了代码中的耦合性。通过设备树对硬件信息的抽象，驱动代码只要负责处理逻辑，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，开发者只需要修改设备树文件信息，不需要改写驱动代码。
设备树由一系列被命名的节点（node）和属性（property）组成，而节点本身可包含子节点。在设备树中，可描述的信息包括：
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。
时钟控制器和时钟使用情况。
基本上就是画一棵电路板上cpu、总线、设备组成的树，bootloader会将这棵树传递给内核，然后内核可以识别这棵树，并根据它展开出linux内核中的platform_device、i2c_client、spi_device等设备，而这些设备用到的内存、irq等资源，也被传递给了内核，内核会将这些资源绑定给展开的相应的设备。
2. 基本概念介绍 2.1 dts
dts(device tree source设备树源文件)文件是一种ascii文本格式的设备树描述文件，此文件适合人类阅读，主要是给用户看的。
硬件的相应信息都会写在.dts为后缀的文件中，每一款硬件可以单独写一份xxxx.dts，一般在linux源码中存在大量的dts文件，对于 arm 架构可以在arch/arm/boot/dts找到相应的dts，另外mips则在arch/mips/boot/dts，powerpc在arch/powerpc/boot/dts。
对于imx6ull开发板 arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dts
dts中一般会包一个公共部分的dtsi文件，如下：
#includeimx6ull.dtsi
2.2 dtsi
值得一提的是，对于一些相同的dts配置可以抽象到dtsi文件中，然后类似于 c 语言的方式可以include到dts文件中，对于imx6ull开发板arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi
对于同一个节点的设置情况，dts中的配置会覆盖dtsi中的配置。具体如下图所示；
2.3 dtc
dtc是编译dts的工具，可以在ubuntu系统上通过指令apt-get install device-tree-compiler安装dtc工具，不过在内核源码scripts/dtc路径下已经包含了dtc工具；
2.4 dtb
dtb(devicetree blob)，dts经过dtc编译之后会得到dtb文件，dtb通过bootloader引导程序加载到内核。所以bootloader需要支持设备树才行；kernel 也需要加入设备树的支持；
dtb文件布局如下：
从上图可以看出，dtb文件主要包含四部分内容：
struct ftdheader：用来表明各个分部的偏移地址，整个文件的大小，版本号等；
memory reservation block：在设备树中使用/memreserve/ 定义的保留内存信息；
structure block：保存节点的信息，节点的结构；
strings block：保存属性的名字，单独作为字符串保存；
dtb文件代码级别的解析可以参考： https://cloud.tencent.com/developer/article/1887823
(1) dtb 文件的结构图如下：
(2) 设备节点的结构图如下：
2.5 dtb加载及解析过程
u-boot处理如下：
3. dts基本框架
下图是一个设备树文件的基本架构；大概看了一下有点类似于xml文件，简单概括一下有这几个部分；
一个例子：
1 个双核arm cortex-a932 位处理器；arm 本地总线上的内存映射区域分布有
两个串口（分别位于0x101f1000和0x101f2000）
gpio控制器（位于0x101f3000）
spi控制器（位于0x10170000）
中断控制器（位于0x10140000）
外部总线桥上连接的设备如下：
smc smc91111以太网（位于0x10100000）
i2c控制器（位于0x10160000）
64mb nor flash（位于0x30000000） 外部总线桥上连接的 i2c 控制器所对应的 i2c 总线上又连接了maximds1338实时钟（i2c 地址为0x58）具体如下图所示； 一个移植网卡的例子：
比如dm9000网卡，就需要首先将示例信息挂接到我们的板级设备树上，并根据芯片手册和电路原理图将相应的属性进行配置，再配置相应的驱动。需要注意的是，dm9000的地址线一般是接在片选线上的，所以设备树中就应该归属与相应片选线节点，我这里用的exynos4412，接在了bank1，所以是
最终的配置结果是：
然后make menuconfig勾选相应的选项将dm9000的驱动编译进内核。
[*] networking support ---> networking options ---> packet socket unix domain sockets [*] tcp/ip networking [*] ip: kernel level autoconfigurationdevice drivers ---> [*] network device support ---> [*] ethernet driver support (new) ---> dm9000 supportfile systems ---> [*] network file systems (new) ---> nfs client support [*] nfs client support for nfs version 3 [*] nfs client support for the nfsv3 acl protocol extension [*] root file system on nfs执行make uimage;make dtbs,tftp下载，成功加载nfs根文件系统并进入系统，表示网卡移植成功
详细语法参考：https://www.cnblogs.com/xiaojiang1025/p/6131381.html 4. 修改dts试验 4.1 dts修改 修改设备树文件 arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dts，添加一个我们自己的模块dts_tree1：
修改完成后执行make dtbs 重新编译设备树文件，编译完成后arch/arm/boot/dts/100ask_imx6ull_qemu.dtb，将其下载到芯片中。
或者用qemu运行的时候，修改参考指向这个新的dtb文件。
查看设备树节点进入内核，执行
ls /proc/device-tree/
我们会发现刚刚创建的设备树节已经存在了
跟我们在dts里面修改的一样，这里变成了一个个的文件形式。文件的名字是属性的名字，内容是值。
具体看看节点的内容，执行
4.2 内核中添加驱动模块
参考：linux驱动实践:带你一步一步编译内核驱动程序 - iot物联网小镇 - 博客园
在/drivers文件夹下创建dts_test文件夹，然后创建kconfig文件
bash
config dts_test
tristate dts test
default y
help
this is the dts test
创建makefile文件
javascript
obj-$(config_dts_test) += dts_test.o
在drivers文件夹下的kconfig和makefile文件中分别添加
c
source drivers/dts_test/kconfig
obj-$(config_dts_test) += dts_test/
创建dts_test.c文件
c++
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define driver_name imx6ul,dts-tree
static int devtree_probe(struct platform_device * pdev)
{
struct fwnode_handle *child;
const char *p1,*p2[3];
u32 p3[2],value;
u8 testmac[6];
int i=0;
printk(kern_info **********devtree_probe****************** );
device_property_read_string(&pdev->dev,test-string,&p1);
printk(devtree_probe node test-string is: %s ,p1);
device_property_read_string_array(&pdev->dev, test-strings, p2, 3);
printk(devtree_probe node test-strings is: %s%s%s ,p2[0],p2[1],p2[2]);
device_property_read_u32(&pdev->dev,test-u32,&value);
printk(devtree_probe node test-u32 is: ,value);
device_property_read_u32_array(&pdev->dev, test-u32s, p3, 2);
printk(devtree_probe node test-u32s is: , ,p3[0],p3[1]);
device_property_read_string(&pdev->dev,compatible,&p1);
printk(devtree_probe node compatible is: %s ,p1);
device_property_read_string(&pdev->dev,status,&p1);
printk(devtree_probe node status is: %s ,p1);
printk( * devtree_probe child node );
device_for_each_child_node(&pdev->dev, child){
printk(*************childnode%d************* ,i++);
fwnode_property_read_string(child,test-string,&p1);
printk(childnode test-string is: %s ,p1);
fwnode_property_read_string_array(child,test-strings,p2,3);
printk(childnode test-strings is: %s%s%s ,p2[0],p2[1],p2[2]);
fwnode_property_read_u32_array(child,test-u32,&value,1);
printk(childnode test-u32 is: ,value);
fwnode_property_read_u32_array(child,test-u32s,p3,2);
printk(childnode test-u32s is: , ,p3[0],p3[1]);
fwnode_property_read_u8_array(child,test-u8s,testmac,6);
printk(childnode test-u32s is: [%x,%x,%x,%x,%x,%x] ,testmac[0],testmac[1],testmac[2],testmac[3],testmac[4],testmac[5]);
}
return 0;
}
static int devtree_remove(struct platform_device * pdev)
{
printk(kern_info devtree_remove );
return 0;
}
static const struct of_device_id of_devtree_dt_match[] = {
{.compatible = driver_name},
{},
};
module_device_table(of,of_devtree_dt_match);
static struct platform_driver devtree_test_driver = {
.probe = devtree_probe,
.remove = devtree_remove,
.driver = {
.name = driver_name,
.owner = this_module,
.of_match_table = of_devtree_dt_match,
},
};
static int devtree_test_init(void)
{
int num=0,i=0,value;
const char *p1;
struct device_node *node1,*childnode1;
u32 p2[2];
u8 testmac[6];
pr_warn(kern_info ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^devtree_test_init^^^^^^^^^^^ );
printk(kern_info ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^devtree_test_init^^^^^^^^^^^ );
printk( *************devtree init start *************** );
node1 = of_find_node_by_path(/dts-tree1);
if(node1 == null){
printk(of_find_node_by_path failed );
return -enodev;
}
else{
printk(of_find_node_by_path dts-tree1 ok );
}
//read string
of_property_read_string(node1, test-string, &p1);
printk(dts-tree1 node :test-string is: %s ,p1);
//read strings
num = of_property_count_strings(node1, test-strings);
printk(dts-tree1 node test-strings num is: %d ,num);
for(i=0;i
printk(%s,p1);
}
//read string compatible
of_property_read_string(node1, compatible, &p1);
printk(dts-tree1 node compatible is: %s ,p1);
//read string status
of_property_read_string(node1, status, &p1);
printk(dts-tree1 node status is: %s ,p1);
//read u32 test-u32
of_property_read_u32(node1,test-u32,&value);
printk(dts-tree1 node test-u32 is: ,value);
//read u32s test-u32s
of_property_read_u32_array(node1, test-u32s, p2, 2);
printk(dts-tree1 node test-u32s is: , ,p2[0],p2[1]);
//read u8s test-u8s
of_property_read_u8_array(node1, test-u8s, testmac, 6);
printk(dts-tree1 node test-u8s is: ,,,,, ,testmac[0],testmac[1],testmac[2],testmac[3],testmac[4],testmac[5]);
//get dts_child_node1 device node
childnode1 = of_get_child_by_name(node1,dts_child_node1);
if(childnode1 == null){
printk(of_get_child_by_name failed );
return -enodev;
}
printk(of_get_child_by_name dts_child_node1 ok );
of_property_read_string(childnode1, test-string, &p1);
printk(dts_child_node1 node test-string is: %s ,p1);
return platform_driver_register(&devtree_test_driver);
}
static void devtree_test_exit(void)
{
printk(kern_info devtree_test_exit );
platform_driver_unregister(&devtree_test_driver);
}
module_init(devtree_test_init);
module_exit(devtree_test_exit);
module_license(gpl);
module_author(zheng);
kconfig中是y，这样系编译运行后，会直接看到打印：
4.3 常用of api
linux 内核中和设备树相关的函数内核关于设备树的驱动都放在/drivers/of下，用户可以使用这里面的函数对设备树进行操作。
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