嵌入式 Linux 设备树：为什么需要设备树？

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引言

在嵌入式 Linux 系统中，设备树（Device Tree）是一种描述硬件资源的数据结构，用于将硬件信息从内核代码中分离出来。设备树的引入极大地简化了嵌入式 Linux 系统的移植和维护工作。本文将详细介绍设备树的概念、作用以及为什么需要设备树。

一、设备树简介

设备树是一种树形结构的数据格式，用于描述硬件平台的资源信息，如 CPU、内存、外设等。设备树文件通常以 .dts（Device Tree Source）或 .dtsi（Device Tree Source Include）为扩展名，编译后生成 .dtb（Device Tree Blob）二进制文件，供内核使用。

二、为什么需要设备树

在设备树引入之前，Linux 内核通过硬编码的方式描述硬件信息，这种方式存着代码冗余，维护困难，移植复杂等的诸多问题。设备树的引入解决了上述问题，具有以下优势：硬件与内核分离，即硬件信息通过设备树描述，内核代码无需关心具体硬件配置；易于维护，即硬件信息集中在一个文件中，修改硬件配置只需修改设备树文件；移植方便，即将内核移植到新硬件平台时，只需提供相应的设备树文件，无需修改内核代码。

三、设备树的基本结构

设备树由节点和属性组成，每个节点描述一个硬件设备或子系统，属性用于描述设备的配置信息。

如下所示即为一个SoC平台及其外设的设备树代码示例：

/dts-v1/;

/ {
    compatible = "company,board";
    model = "Board";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;

    cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;

        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            device_type = "cpu";
            reg = <0>;
        };
    };

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x10000000>;
    };

    uart0: serial@10000000 {
        compatible = "ns16550a";
        reg = <0x10000000 0x1000>;
        interrupts = <10>;
    };
};

 其中，/表示根节点，描述整个硬件平台，cpus用于描述处理器信息，memory用于描述内存地址和大小，uart0用于描述串口控制器。

四、设备树的使用流程

4.1 编写设备树文件

根据硬件平台编写 .dts 或 .dtsi 文件，描述硬件资源信息。

4.2 编译设备树

使用设备树编译器（DTC）将 .dts 文件编译为 .dtb 文件，如

dtc -I dts -O dtb -o demo1_1.dtb demo1_1.dts

 4.3 加载设备树

将 .dtb 文件加载到内核中，内核会根据设备树信息初始化硬件。

五、总结

设备树为驱动提供了硬件信息，驱动通过解析设备树获取硬件配置以完成驱动的加载。总之，设备树是嵌入式 Linux 系统中描述硬件资源的重要机制，它实现了硬件与内核的分离，简化了系统的移植和维护。