ARM设备树详解：从起源到应用

“ARM Device Tree设备树是ARM架构Linux系统中用于描述硬件配置的一种数据结构，源自OpenFirmware的Flattened Device Tree (FDT)。它旨在解决以往在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx目录中存在的大量冗余板级代码问题，将硬件细节从内核代码中剥离，通过设备树传递给内核，使得内核更加简洁高效。Linux之父Linus Torvalds在2011年的声明推动了这一改革。” ARM Device Tree的起源与重要性： 在早期的ARM Linux系统中，平台相关的硬件信息通常是直接硬编码在内核源码中的，导致了arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx目录下存在大量与具体板级相关的代码，这些代码对于内核来说并非核心功能，而是增加了维护的复杂性。2011年，Linus Torvalds对ARM平台的这种状况表示不满，引发了社区对改进的讨论。借鉴PowerPC等其他架构的经验，ARM社区引入了Device Tree，以解决这个问题。 Device Tree的结构与功能： Device Tree是由节点（node）和属性（property）组成的层次结构，每个节点可以包含子节点。节点代表硬件组件，如CPU、内存、总线、设备等；属性则是成对出现的名称和值，用于描述节点的特性。以下是一些Device Tree可描述的关键信息： 1. **CPU信息**：包括CPU的数量、类型和其他相关信息。 2. **内存信息**：内存的基地址和大小，有助于内核初始化内存管理。 3. **总线与桥**：描述系统的总线拓扑，包括I/O总线、PCIe总线等。 4. **外设连接**：定义了哪些外设连接到哪些总线，以及它们的配置信息。 5. **中断控制器与中断**：描述中断控制器的结构，以及中断如何分配给各个设备。 6. **GPIO控制器与GPIO**：定义GPIO控制器和各个GPIO引脚的用途。 7. **时钟控制器与时钟**：描述系统中的时钟源和时钟频率，用于驱动设备。 工作流程： 在系统启动时，Bootloader会解析设备树并将其以二进制格式传递给Linux内核。内核加载后，会解析设备树，从中提取硬件信息，动态创建内核中的platform_device、i2c_client等结构，实现驱动程序的匹配和设备初始化，从而减少了内核的体积，提高了移植性和可维护性。 设备树的优势： 1. **简化内核**：将硬件配置信息从内核代码中分离，使内核更专注于核心功能。 2. **增强移植性**：新的硬件平台只需要编写或修改设备树，无需改动内核源码。 3. **模块化**：设备树允许硬件配置独立于内核，便于管理和升级。 4. **灵活性**：设备树支持动态调整，方便调试和优化。 5. **减少重复代码**：避免了因不同板级配置导致的代码重复。 总结，ARM Device Tree是ARM Linux系统中至关重要的一个部分，它极大地改善了内核的结构，提高了系统设计的灵活性和可维护性，是现代嵌入式系统开发不可或缺的技术之一。通过理解和熟练运用设备树，开发者能够更高效地处理各种硬件平台的差异，加快产品开发进程。