ARM Linux Device Tree：从冗余编码到高效硬件描述

Linux Device Tree (DT) 是一种用于在ARM架构内核中替代传统板级配置数据的高效数据结构，它的引入是为了简化和标准化设备驱动的配置过程，减少内核代码的冗余。这一变化起源于2011年Linux内核开发者Linus Torvalds对ARM平台复杂性表达的不满，促使ARM社区寻求更有效的解决方案。 传统的ARM Linux内核中，板级细节，如platform devices、resource、I2C和SPI配置等，大量存在于`arch/arm/plat-xxx`和`arch/arm/mach-xxx`等模块中，代码量庞大且维护困难。这些硬编码的代码不仅占用大量空间，还难以扩展和修改，限制了设备驱动的灵活性。 Device Tree（DT）的设计灵感来源于Open Firmware（OF），它是一个描述硬件的轻量级数据模型。DT通过命名节点(node)和属性(property)的形式组织，每个节点可以包含子节点，属性则是成对出现的名字(name)和值(value)。DT可以用来描述以下关键信息： 1. CPU数量和类型：DT提供了清晰的CPU配置信息，有助于内核正确初始化和管理多个处理器。 2. 内存布局：内存的基地址和大小可以直接通过DT传递给内核，便于动态内存管理和优化。 3. 总线和桥接：DT定义了各种总线和桥接器，帮助内核了解硬件间的通信路径。 4. 外设连接：包括I/O设备的连接配置，如GPIO、SPI、I2C等，使驱动程序能快速识别并配置设备。 5. 中断控制器和中断管理：DT描述中断源及其分配情况，简化了中断处理的实现。 6. GPIO控制器和GPIO功能：DT使得GPIO的使用更加灵活，便于驱动程序配置。 7. 时钟控制器和时钟设置：DT提供时钟信息，有利于内核精确控制硬件时序。 在Linux启动过程中，Bootloader将Device Tree加载到内存，然后内核解析这个树结构，动态构建系统设备和平台设备，从而减少了内核代码中的重复性工作，提高了系统的可维护性和可扩展性。相比于过去硬编码的板级配置，Device Tree使得Linux内核与硬件交互更加直观和模块化，为硬件开发者和维护者带来了显著的优势。随着ARM社区的接纳和应用，Device Tree已经成为现代Linux设备驱动配置的重要组成部分。