Linux设备树在嵌入式计算中的应用解析

“Linux Device Tree”是Linux内核在嵌入式计算领域中用于描述硬件结构的一种机制，由David Büchi在2014年的Embedded Computing Conference上讲解。这个概念的提出，部分原因是针对Linux内核对ARM架构硬件支持时遇到的问题，如Linus Torvalds在2011年的一封邮件中提到的，ARM硬件制造商在处理硬件细节方面存在困扰，需要一种方式将这些复杂的板级细节从内核中分离出来。 在早期（所谓的"好老的日子"），Linux内核对于特定硬件的初始化通常是硬编码的，例如在`__init tek_board_init(void)`函数中，会静态地添加串口、USB主机、USB设备、SPI设备等。这样的做法使得内核与特定硬件紧密耦合，难以适应多样化的嵌入式设备。 Linux Device Tree的引入解决了这个问题。它是一个描述性的数据结构，存储在固件中，提供了硬件组件和它们如何连接到系统其余部分的信息。例如，它包含了处理器、内存控制器、中断控制器、总线、外设等的详细信息。通过Device Tree，内核可以在启动时动态地配置硬件，而无需在代码中包含具体板级的细节。 Device Tree源文件（.dts）使用一种简单的文本格式编写，描述了硬件布局。这些文件被编译成二进制的Device Tree Blob (DTB)，然后在系统启动时加载到内核。内核中的Device Tree解析器读取DTB，从中获取必要的信息来设置和驱动硬件。这种方式使得内核更通用，更容易支持新的硬件平台，同时减少了内核的体积和复杂性。 Device Tree的优势包括： 1. **硬件无关性**：内核可以独立于具体的板级配置，从而更容易移植。 2. **模块化**：设备驱动可以独立于设备的具体位置和连接方式工作。 3. **清晰的结构**：设备和它们的属性以易于理解的方式组织，有助于调试和维护。 4. **固件更新**：通过更新DTB，可以改变硬件配置，而无需修改或重新编译内核。 在实际应用中，Device Tree的配置通常包括以下部分： - **/cpus**：描述处理器的数量、类型和其他属性。 - **/memory**：定义内存区域。 - **/soc**：表示系统级芯片(SoC)的相关信息，包括内部的I/O控制器。 - **/interrupt-parent**：指定中断控制器。 - **/ buses**：如/amba或/i2c，描述总线及其上的设备。 - **/devicetree/compatible**：定义硬件兼容性列表，帮助驱动程序识别硬件。 - **/aliases**：提供设备的别名，方便引用。 - **/chosen**：包含一些全局设置，如bootargs（启动参数）。 总结来说，Linux Device Tree是Linux内核与硬件交互的重要桥梁，它提供了一种灵活且标准化的方式来描述硬件配置，简化了嵌入式系统的开发和维护，提高了Linux在各种硬件平台上的可移植性和可维护性。