Linux操作系统在现代计算领域中占据着举足轻重的地位，而其中的设备树（Device Tree Source，DTS）是一个关键的组成部分。设备树为内核提供了一种硬件设备的标准化方法，这使得硬件的管理和驱动的开发更加高效、灵活。

一、

深入探究Linux DTS：内核设备树的关键特性

在计算机系统中，硬件设备众多且复杂。就好比一个大型的工厂，里面有各种各样的机器设备，每一个设备都有自己的功能、参数和连接方式。在Linux系统里，要管理这些设备就需要一种清晰的方式，这就是设备树诞生的初衷。它类似于一个详细的设备清单，告诉Linux内核系统中有哪些设备，它们的特性以及相互之间的连接关系。

二、设备树的基本概念

1. 设备树的结构

  • 设备树是一种树形结构的数据。它以节点（node）为基本单位，每个节点代表一个设备或者设备的某个功能。例如，一个计算机主板上的CPU、内存、硬盘等都可以是一个节点。这些节点之间存在父子关系，就像家族树一样。根节点（root node）是整个设备树的起点，它下面可以有多个子节点。
  • 节点中包含了各种属性（property）。属性是用来设备特性的键值对。比如对于一个CPU节点，可能有属性来它的型号、时钟频率等。可以把节点想象成一个文件夹，属性就是文件夹里的文件，每个文件都存储着关于这个设备的特定信息。

    • 2. 设备树的文件格式

  • 设备树源文件（.dts）是一种文本格式的文件，采用类似于C语言的语法。这使得开发人员可以方便地编写和修改。例如，定义一个简单的设备节点可能如下：

    • 深入探究Linux DTS：内核设备树的关键特性

    / {

    compatible = "example

  • board";

    • address

  • cells = <1>;

    • size

  • cells = <1>;

    • my_device {

    compatible = "my

  • device
  • type";

    • reg = <0x1000 0x100>;

  • 这里，“/”是根节点，“compatible”属性用于标识与这个设备树兼容的平台或设备类型。“address
  • cells”和“size - cells”定义了地址和大小的表示单元个数，而“my_device”是一个子节点，它也有自己的“compatible”属性和“reg”属性，“reg”属性通常用来设备的寄存器地址和大小。

    • 三、关键特性

    1. 硬件抽象

  • 设备树将硬件的具体细节从内核代码中抽象出来。在没有设备树之前，内核代码中硬编码了很多硬件相关的信息。这就像在一个菜谱中，直接写了使用某个特定品牌、型号的锅具来做菜。如果换了锅具，就需要修改菜谱。而设备树就像是一个通用的厨具清单，内核只需要根据这个清单来操作设备，而不需要关心具体是哪种型号的硬件。
  • 例如，对于不同厂商生产的具有相似功能的芯片，只要它们在设备树中的符合内核的要求，内核就可以正确地驱动这些芯片。这大大提高了内核的可移植性和对不同硬件的兼容性。

    • 2. 灵活的配置

  • 设备树允许在不重新编译内核的情况下修改硬件配置。假设我们有一个嵌入式系统，需要添加一个新的传感器。在传统的方式下，可能需要重新编译内核来包含这个传感器的驱动和相关配置。但是使用设备树，我们只需要在设备树文件中添加关于这个传感器的节点和属性，然后重新启动系统，内核就可以识别并使用这个新的传感器。
  • 这对于系统的升级和扩展非常方便。就像在一个已经建成的房子里，要添加一个新的电器，不需要重新建造房子，只需要在房子的电器布局图（设备树）上添加这个电器的信息，然后打开开关（重启系统）就可以使用了。

    • 3. 设备的热插拔支持

  • 在现代计算机系统中，设备的热插拔是很常见的功能，比如USB设备可以随时插入和拔出。设备树为热插拔设备提供了很好的支持。当一个热插拔设备插入时，系统可以根据设备树中的信息快速识别这个设备，并加载相应的驱动。
  • 可以把设备树想象成一个酒店的房间预订系统。当一个新客人（热插拔设备）到来时，酒店（系统）根据预订系统（设备树）中的信息，快速为客人安排合适的房间（加载驱动）。

    • 4. 驱动的匹配机制

  • 内核通过设备树中的“compatible”属性来匹配设备和驱动。当内核启动时，它会遍历设备树中的每个节点，然后查找与节点的“compatible”属性相匹配的驱动。这种匹配机制使得驱动的开发更加模块化。
  • 例如，一个打印机驱动可能被标记为与“printer
  • type - x”兼容。如果设备树中的打印机节点的“compatible”属性也是“printer - type - x”，那么内核就会将这个驱动与这个打印机设备匹配起来，就像一把钥匙（驱动）开一把锁（设备）一样。

    • 四、设备树与内核的交互

    1. 设备树的编译

  • 设备树源文件（.dts）需要被编译成设备树二进制文件（.dtb）才能被内核使用。这个编译过程将设备树的文本转换为内核能够理解的二进制格式。编译工具会根据设备树的语法规则对.dts文件进行解析，生成相应的.dtb文件。
  • 就像把一份用自然语言写的设备清单（.dts）翻译成机器能够读懂的代码（.dtb）。

    • 2. 内核启动时的设备树加载

  • 当内核启动时，它会从特定的存储位置（如闪存）加载设备树二进制文件。内核会解析这个文件，根据设备树中的信息初始化硬件设备、加载驱动等操作。这一过程就像是一个建筑工人（内核）根据建筑蓝图（设备树）来搭建房子（初始化系统）。

    • 五、结论

    Linux DTS（内核设备树）是Linux系统中一个非常重要的特性。它通过提供硬件抽象、灵活的配置、热插拔支持和有效的驱动匹配机制等关键特性，大大提高了内核的可移植性、硬件兼容性和系统的可扩展性。设备树的出现使得硬件设备的管理和驱动开发更加高效、便捷，无论是在嵌入式系统还是在通用计算机系统中都发挥着不可替代的作用。随着计算机技术的不断发展，设备树也将不断演进，以适应更多新型硬件设备的需求。