1. 前言
限于作者能力水平，本文可能存在谬误，因此而给读者带来的损失，作者不做任何承诺。
2. 设备树的来源
在 Linux 中，每个设备驱动，管理一组设备数据，类似面向对象编程中类和其实例对象的关系。一段时间以来，这些设备数据硬编码中内核中，导致了内核代码的急剧膨胀(尤其是在ARM架构下)，同时影响了维护的便利性。社区总瓢把子 Linus 对此表达了强烈的不满，要求整改。针对该问题，社区经过一系列地讨论，引入了设备树。
设备树是数据驱动逻辑思想（即数据与逻辑分离）的一个典型应用。通过将设备数据从内核代码迁移到设备树文件(.dts)中，然后经由 DTC(Device Tree Compiler) 编译器，将设备树文件 .dts 编译成 DTB(Device Tree Blob) 数据文件；内核通过对 DTB 数据文件的解析展开，最终以展开额设备树为基础，创建设备驱动的设备对象。我们用下图来描述整个过程：
dtc unflatten_device_tree() of_platform_populate()
.dts ---> .dtb ----------------------> 设备树 of_root --------------------> 创建驱动设备对象
3. 设备树文件的创建
按 《Power_ePAPR_APPROVED_v1.1.pdf》规范文档定义的语法，根据系统中实际硬件设备的拓扑，构建设备树文件。
Linux 内核的设备树文件，按不同的硬件架构和硬件，组织定义在内核源码目录 arch/arch-XXX/boot/dts/* 目录下。
设备树文件组织成树形结构，只有1个根节点。如：
4. 设备树文件的编译
设备树文件 .dts ，经由内核代码目录下的编译器 scripts/dtc/dtc ， 编译成 .dtb 文件：
dtc
.dts -----> .dtb
5. 设备树的展开
BootLoader 将设备树数据文件 .dtb 在内存中的物理地址传递给内核，内核解析该数据文件，然后展开它，具体代码流程如下：
start_kernel()setup_arch()unflatten_device_tree()/* 将 .dtb 展开为以 of_root 为根的设备树 */__unflatten_device_tree(initial_boot_params, NULL, &of_root, early_init_dt_alloc_memory_arch, false)/* 第1遍，计算设备树展开后的大小 */size = unflatten_dt_nodes(blob, NULL, dad, NULL);/* 为展开后的设备树分配空间: 额外4字节存储展开后设备树的魔数 */mem = dt_alloc(size + 4, __alignof__(struct device_node));/* 在最后4字节，存储展开后设备树的魔数 */*(__be32 *)(mem + size) = cpu_to_be32(0xdeadbeef);/* 第2遍，做设备树实际的展开动作 */unflatten_dt_nodes(blob, mem, dad, mynodes)for (offset = 0;offset >= 0 && depth >= initial_depth;offset = fdt_next_node(blob, offset, &depth)) {populate_node(blob, offset, &mem, ...)/* 分配节点空间 */struct device_node *np = unflatten_dt_alloc(mem, sizeof(struct device_node) + allocl, ...);of_node_init(np)kobject_init(&node->kobj, &of_node_ktype);node->fwnode.ops = &of_fwnode_ops;/* 展开节点属性 */populate_properties(blob, offset, mem, np, pathp, dryrun);}
通过上面的代码分析，可以将 .dts 经 dtc 编译器生成的 .dtb 数据文件的结构总结如下图：
其中，.dtb 文件头部用数据结构 struct fdt_header 描述：
struct fdt_header {fdt32_t magic; /* .dtb文件魔数: 0xd00dfeed */fdt32_t totalsize; /* .dtb文件字节数总大小 */fdt32_t off_dt_struct; /* .dts 节点和属性数据区间偏移 */fdt32_t off_dt_strings; /* .dts 节点属性名区间偏移 */fdt32_t off_mem_rsvmap; /* .dts 保留内存定义区间偏移 */fdt32_t version; /* format version */fdt32_t last_comp_version; /* last compatible version *//* version 2 fields below */fdt32_t boot_cpuid_phys; /* Which physical CPU id we'rebooting on *//* version 3 fields below */fdt32_t size_dt_strings; /* .dts 节点属性名区间字节数大小 *//* version 17 fields below */fdt32_t size_dt_struct; /* .dts 节点和属性数据区间字节数大小 */
};
dts 设备树节点数据以 struct fdt_node_header 描述，展开后以 struct device_node 描述：
struct fdt_node_header {fdt32_t tag; /* 节点 tag: FDT_BEGIN_NODE */char name[0]; /* 节点名称，以 \0 结尾 */
};
struct device_node {const char *name;const char *type;phandle phandle; /* dts 节点的句柄，经常在节点间相互引用时使用。通常由 dtc 编译器隐式添加 */const char *full_name; /* dts 节点全路径名 */struct fwnode_handle fwnode;struct property *properties; /* dts 属性节点 */struct property *deadprops; /* removed properties */struct device_node *parent; /* dts 父节点 */struct device_node *child; /* dts 子节点 */struct device_node *sibling; /* dts 兄弟节点 */struct kobject kobj;unsigned long _flags;void *data;...
};
dts 设备树节点属性数据以 struct fdt_property 描述，展开后以 struct property 描述：
struct fdt_property {fdt32_t tag; /* FDT_PROP */fdt32_t len; /* data[] 的长度 */fdt32_t nameoff; /* 节点属性名称偏移 *//** 节点属性值, 如有 dts 定义：* /{* model = "FriendlyElec NanoPi-M1-Plus";* ......* };* 则 data[] 的值为 FriendlyElec NanoPi-M1-Plus\0 */char data[0];
};
struct property {char *name; /* dts 节点属性名称 */int length; /* dts 节点属性数据长度: 即 @value 长度 */void *value; /* dts 节点属性数据，长度为 @length */struct property *next; /* dts 节点的下一属性 */unsigned long _flags;unsigned int unique_id;struct bin_attribute attr;
};
6. 创建设备树节点的设备对象
以章节 5. 设备树的展开 展开的设备树为基础，内核创建设备对象并绑定到对应的驱动，其具体流程如下：
/* 启动内核初始化线程 */
start_kernel()rest_init()kernel_thread(kernel_init, NULL, CLONE_FS)/* 进入内核初始化线程 */
kernel_init()kernel_init_freeable()...of_platform_default_populate_init()of_platform_default_populate(NULL, NULL, NULL)of_platform_populate(root, of_default_bus_match_table, lookup, parent)for_each_child_of_node(root, child) {of_platform_bus_create(child, matches, lookup, parent, true)/* 创建 platform bus 设备，绑定设备到驱动 */dev = of_platform_device_create_pdata(bus, bus_id, platform_data, parent);/* 递归创建 platform bus 设备 */for_each_child_of_node(bus, child) {of_platform_bus_create(child, matches, lookup, &dev->dev, strict)}of_node_set_flag(bus, OF_POPULATED_BUS);}
注意到，这里并没有为所有 DTS 设备树里的节点创建设备对象。像 i2c 总线上的设备，是通过注册 i2c 总线驱动时，触发的 i2c client 设备的创建和相应驱动的绑定动作，其它的如 mmc 总线设备，是通过总线注册或定时扫描完成的从设创建和驱动绑定流程，感兴趣的读者可自行阅读相关内核代码。
7. 设备树相关工具
fdtget ： 读取设备树的内容
fdtput : 写属性数据到 .dtb 文件
fdtdump: 导出设备树
8. 参考资料
《Power_ePAPR_APPROVED_v1.1.pdf》
https://manpages.debian.org/testing/device-tree-compiler/
