ARM Device Tree：从混乱到清晰的硬件描述革命

ARM Device Tree（设备树）是ARM架构下的一种关键的系统描述技术，它的引入源于Linux社区对ARM内核结构中大量冗余和板级细节问题的反思。2011年，Linus Torvalds在ARMLinux邮件列表中表达了对传统架构管理方式的不满，这促使ARM社区着手寻找更为高效的方法来管理和组织硬件配置。 传统的ARM Linux内核中，硬件描述主要分布在`arch/arm/plat-xxx`和`arch/arm/mach-xxx`文件夹中，其中包含了大量针对特定硬件平台的定制代码，这些代码不仅难以维护，而且导致了代码体积庞大。随着PowerPC等体系结构中Flattened Device Tree（FDT）的成功应用，Device Tree的概念进入了ARM社区的视线。FDT原本是用于Open Firmware框架的，其核心思想是将硬件的详细配置信息组织成一个数据结构，而非硬编码在内核中。 Device Tree由节点（nodes）和属性（properties）构成，节点可以包含子节点，属性则是由名称（name）和值（value）组成的对。这个数据结构能够清晰地表示以下关键信息： 1. **CPU**：描述处理器的数量和类型，这对于初始化和调度至关重要。 2. **内存**：包括内存的基地址和总大小，便于内存管理。 3. **总线和桥接**：连接不同硬件组件的通信路径，有助于内核理解和配置I/O操作。 4. **外设连接**：例如串口、USB接口等，设备树提供了连接配置，便于驱动程序注册。 5. **中断控制器**：中断管理是实时系统的关键部分，Device Tree记录了中断分配和使用情况。 6. **GPIO**（通用输入/输出）控制器及其状态，用于控制外部硬件设备。 7. **时钟控制器**：定义时钟源和时钟频率，支持动态调整和多时钟架构。 通过Device Tree，Bootloader可以生成并传递一个硬件抽象的树状结构给内核，内核根据这个树进行解析，减少了冗余的内核代码，提高了灵活性和移植性。这样，Linux内核可以根据Device Tree动态加载平台设备，如platform_device、i2c_client等，大大简化了硬件驱动的编写和管理。 ARM Device Tree是ARM架构下Linux内核与硬件交互的重要桥梁，它通过标准化和模块化的方式，极大地提升了Linux在嵌入式和移动设备上的可维护性和扩展性。