设备树之DTS与DTB格式

article/2025/10/25 1:00:11

目录

 

一、设备树

二、DTS格式

2.1 属性

2.2 节点

2.3 引用其他节点

2.4 小总结

三、DTB格式

3.1 结构

3.2 分析

一、设备树

对于点灯字符设备驱动程序可以有三种写法，首先是传统方法，这种方式直接在程序中写死，其次是利用总线设备驱动模型，利用分离的思想，将程序规划为两部分，对于驱动部分一般是稳定的，在设备部分更改资源，最后是利用设备树方法，可以使用设备树直接指明引脚，而驱动写法的核心不变，差别就在于如何指定硬件资源，这三种方法有各自的优缺点

 优点缺点
传统方法简单不易扩展，需重新编译
总线设备驱动模型易扩展，只需要修改资源稍微复杂 ，冗余代码多(如果有多个版本的硬件就会有多个版本的程序)，需重新编译
设备树易扩展，无冗余代码，不需重新编译内核或者驱动 ，只需要提供不一样的设备树文件复杂

对于设备树，通过dts文件来指定资源，内核会根据.dts文件分配设置注册platform_device(平台设备)，当更改单板时，只需要重新定义dts文件就可以了，dts文件最终会编译为dtb文件，启动单板的时候，既要启动内核，也要传入dtb文件，因此更改单板时，不需要重新编译驱动程序，只需要提供一个不一样的dtb文件

 

二、DTS格式

写设备树我们是写出dts文件，文件写出来之后根据编译器dtc编译为二进制dtb文件，DTS文件布局(layout)如下，第一行表示版本，第二行表示保留的的内存区域，比如板子有64M内存，里面想留下4M给自己使用，不想让内核使用，就可以定义这个选项，如果想让内核使用全部内存就可以省略这个选项

/dts-v1/;
[memory reservations]        /* 格式为：/memreserve/ <address> <length>; */
/{                           /* /表示根，设备树的起点 */[property definitions]   /* 首先有属性来描述硬件 */[child nodes]            /* 子节点，在子节点中还可以有子节点 */
};

 

2.1 属性

对于属性"[property definitions]"的格式有两种，即无值和有值两种方式，属性后需要分号

Property格式1：
[label:] property-name = value;
Property格式2(没有值)：
[label:] property-name = value;

如下led节点，可以知道属性中的value值的形式有多种

led {compatible = "jz2440_led";pin = <S3C2410_GPF>;  //S3C2410_GPF为一个宏
};

对于value的值有三种表示：arrays of cells(1个或多个32位数据, 64位数据使用2个32位数据表示)、string(字符串)、bytestring(1个或多个字节)，这些值什么含义，完全取决于驱动程序

示例：

interrupts = <17 0xc>;(里面每一个数据都是32位数据)

clock-frequency = <0x00000001 0x00000000>; (64bit数据使用2个cell来表示 )

compatible = "simple-bus"; (A null-terminated string有结束符的字符串)

A bytestring(字节序列) : local-mac-address = [00 00 12 34 56 78]; 或者local-mac-address = [000012345678]; (每个byte使用2个16进制数来表示 )

可以是各种值的组合, 用逗号隔开: compatible = "ns16550", "ns8250";example = <0xf00f0000 19>, "a strange property format";

 

特殊、默认的属性：

在根节点中

  • #address-cells    在它的子节点的reg属性中, 使用多少个u32整数来描述地址(address)
  • #size-cells           在它的子节点的reg属性中, 使用多少个u32整数来描述大小(size)

如下，若CPU为64位的，则需要两个32位来表示reg，因此可以写为#address-cells = <1>;  对于reg中还可以写多个内存，如reg = <0x30000000 0x40000000 0 4096>; 第一个是地址单元 第二个表示大小，可以写多个address size

compatible：定义一系列的字符串, 用来指定内核中哪个machine_desc可以支持本设备，即这个板子兼容哪些平台， uImage是用来选择单板的，uImage支持很多单板每个单板都会有一个machine_desc结构体 ，如下设备树优先去寻找 “samsung,smdk2440”的machine_desc，如果找不到的话再来找 "samsung,s3c24xx"

chosen节点可以设置内核command line参数, 跟u-boot中设置的bootargs作用一样

cpus节点代表有多个CPU，对于个人的单板只有一个CPU，就可以只写一个子节点，在子节点中需要写device_type = "cpu";上面的例子没有引用cpus节点，cpu子节点中用reg属性用来标明自己是哪一个cpu， 所以 /cpus 中有以下2个属性: #address-cells：在它的子节点的reg属性中, 使用多少个u32整数来描述地址(address)，#size-cells：在它的子节点的reg属性中, 使用多少个u32整数来描述大小(size)，必须设置为0

/ {model = "SMDK24440";compatible = "samsung,smdk2440";#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;memory {device_type = "memory";       //这是大家约定的，必须写这个reg = <0x30000000 0x4000000>; //reg用来表示内存的起始地址和大小};
/*cpus {cpu {compatible = "arm,arm926ej-s";};};
*/	chosen {bootargs = "noinitrd root=/dev/mtdblock4 rw init=/linuxrc console=ttySAC0,115200";};led {compatible = "jz2440_led";pin = <S3C2410_GPF(5)>;};
};

 

2.2 节点

对于节点"[child nodes]"的格式如下，可以看出节点可以有自己的子节点，节点结束后需要分号

[label:] node-name[@unit-address] {   //label可以写也可以不写，写的时候别人引用该节点就比较方便，而node-name比如上面写的led[properties definitions][child nodes]
};

对于node-name后面可以加上地址，组合起来就是节点的名字，假设有两个memory(内存)节点在同一级别就可以来用区别，用@加上内存的首地址来表示名字的不同，在memory的子目录下可以有同名的memory目录，当然没有这么古怪的节点，这里只是举例

memory@30000000{device_type = "memory";reg = <0x30000000 0x4000000>;       memory{device_type = "memory";reg = <0 4096>;  };
};memory@0{device_type = "memory";reg = <0 4096>;  
};

 

2.3 引用其他节点

利用节点中的phandle属性, 它的取值必须是唯一的(不要跟其他的phandle值一样)

pic@10000000 {phandle = <1>;interrupt-controller;
};another-device-node {interrupt-parent = <1>;   // 使用phandle值为1来引用上述节点
};

还有另外一种方式，实质也是利用了phandle属性，使用label来引用节点

PIC: pic@10000000 {   //编译器dtc会在父节点插入一个 phandle = <xxx>; 然后会把下面的引用<&PIC>替换为<xxx>interrupt-controller;    
};another-device-node {interrupt-parent = <&PIC>;   // 使用label来引用上述节点, // 使用lable时实际上也是使用phandle来引用, // 在编译dts文件为dtb文件时, 编译器dtc会在dtb中插入phandle属性
};

举例，在dts中会把共同的地方抽出来然后写为dtsi文件

  • dtsi文件
// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/** SAMSUNG SMDK2440 board device tree source** Copyright (c) 2018 weidongshan@qq.com* dtc -I dtb -O dts -o jz2440.dts jz2440.dtb*/#define S3C2410_GPA(_nr)	((0<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPB(_nr)	((1<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPC(_nr)	((2<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPD(_nr)	((3<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPE(_nr)	((4<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPF(_nr)	((5<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPG(_nr)	((6<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPH(_nr)	((7<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPJ(_nr)	((8<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPK(_nr)	((9<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPL(_nr)	((10<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPM(_nr)	((11<<16) + (_nr))/dts-v1/;/ {model = "SMDK24440";compatible = "samsung,smdk2440";#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;memory {  /* /memory */device_type = "memory";reg =  <0x30000000 0x4000000 0 4096>;		};/*cpus {cpu {compatible = "arm,arm926ej-s";};};
*/	chosen {bootargs = "noinitrd root=/dev/mtdblock4 rw init=/linuxrc console=ttySAC0,115200";};led {compatible = "jz2440_led";pin = <S3C2410_GPF(5)>;};
};
  • dts文件
// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/** SAMSUNG SMDK2440 board device tree source** Copyright (c) 2018 weidongshan@qq.com* dtc -I dtb -O dts -o jz2440.dts jz2440.dtb*//dts-v1/;#include "jz2440.dtsi"/ {led {pin = <S3C2410_GPF(6)>;};
};

这样后面写的属性会覆盖前面的属性，反汇编"./scripts/dtc/dtc -I dtb -O dts -o tmp.dts arch/arm/boot/dts/jz2440.dtb "，查看tmp.dts可以看到led节点中的pin引脚就被覆盖了

/dts-v1/;/ {model = "SMDK24440";compatible = "samsung,smdk2440";#address-cells = <0x1>;#size-cells = <0x1>;memory {device_type = "memory";reg = <0x30000000 0x4000000 0x0 0x1000>;};chosen {bootargs = "noinitrd root=/dev/mtdblock4 rw init=/linuxrc console=ttySAC0,115200";};led {compatible = "jz2440_led";pin = <0x50006>;};
};

上面这种方式比较麻烦，若不想重头写led节点可以修改dtsi中的led节点加上label

LED: led {compatible = "jz2440_led";pin = <S3C2410_GPF(5)>;
};

修改dts中的led节点，反汇编之后一样会看到节点的变化

/dts-v1/;#include "jz2440.dtsi"
&LED {pin = <S3C2410_GPF(7)>;
};

 

2.4 小总结

在内核文档中Documentation\devicetree\usage-model.txt，其中对设备树进行了三部分的总结，首先是平台识别信息，其次是运行时的配置，最后是设备枚举

Linux uses DT data for three major purposes:
1) platform identification,
2) runtime configuration, and
3) device population.

举例

  • 平台信息
model = "SMDK24440";
compatible = "samsung,smdk2440";#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
  • 运行时的配置，设置bootargs传给内核，还有/memreserve/ 0x33000000 0x10000;
chosen {bootargs = "noinitrd root=/dev/mtdblock4 rw init=/linuxrc console=ttySAC0,115200";
};
  • 设备枚举
LED: led {compatible = "jz2440_led";pin = <S3C2410_GPF(5)>;
};

 

三、DTB格式

用dtc编译器把dts文件转换为dtb文件，首先会将宏展开，其次还有dtsi和dts编译为一个dtb文件，可以根据可读性强的代码进行帮我们找到错误，对于DTB格式，可以阅读官方文档：https://www.devicetree.org/specifications/ ，也可以阅读内核文档：Documentation/devicetree/booting-without-of.txt

 

3.1 结构

dtb文件分为四部分，首先是头部信息，其次是内存保留区、结构区和字符串区，对于保留区：例/memreserve/ 0x33f00000 0x100000;放在了memory reserve map，其中都是64位表示的，在dtb文件中数据存放的格式是以大端保存的，对于小端高位存放在高地址，对于大端低位存放在低地址

在官方文件中头部header的结构体，在文档描述了magic必须是D00DFEED，totalsize为文件大小，查看文件属性占用空间是4096而实际的大小是465个字节，465的16进制是1D1，因此是"01 D1 00 00"，而off_dt_struct是structure block在文件中的偏移地址，off_dt_strings、off_mem_rsvmap同理，在strings block存放属性的名称，每一个名字有0字符结尾，属性的名字例如compatible用了多次为了节约空间，把属性的名字单独作为字符串保留在strings block里面

struct fdt__header {uint32_t magic;uint32_t totalsize;uint32_t off_dt_struct ;uint32_t off_dt_strings ;uint32_t off_mem_rsvmap;uint32_t version;uint32_t last_comp_version;uint32_t boot_cpuid_phys;uint32_t size_dt_strings;uint32_t size_dt_struct;
};

对于内存保留区在文档中也有个结构体用来表示 ，并且都是64位的表示地址和大小，在下面例子中"/memreserve/ 0x33f00000 0x100000;"在dts文件中在第四行和五行标红的地方

struct fdt_reserve_entry {uint64_t address;uint64_t size;
};

 

 

3.2 分析

  • dtb文件
// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/** SAMSUNG SMDK2440 board device tree source** Copyright (c) 2018 weidongshan@qq.com* dtc -I dtb -O dts -o jz2440.dts jz2440.dtb*/#define S3C2410_GPA(_nr)	((0<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPB(_nr)	((1<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPC(_nr)	((2<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPD(_nr)	((3<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPE(_nr)	((4<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPF(_nr)	((5<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPG(_nr)	((6<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPH(_nr)	((7<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPJ(_nr)	((8<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPK(_nr)	((9<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPL(_nr)	((10<<16) + (_nr))
#define S3C2410_GPM(_nr)	((11<<16) + (_nr))/dts-v1/;/memreserve/ 0x33f00000 0x100000;/ {model = "SMDK24440";compatible = "samsung,smdk2440";#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;memory {  /* /memory */device_type = "memory";reg =  <0x30000000 0x4000000 0 4096>;		};/*cpus {cpu {compatible = "arm,arm926ej-s";};};
*/	chosen {bootargs = "noinitrd root=/dev/mtdblock4 rw init=/linuxrc console=ttySAC0,115200";};led {compatible = "jz2440_led";pin = <S3C2410_GPF(5)>;};
};
  • dts文件

 分析device-tree structure区域，是最复杂的区，用0x00000001表示根节点和子节点的开始，从0x00000002结束，整个根节点结束 0x00000009 

而节点的名字并不是放在strings block里面 而是紧跟着0x00000001后面加上节点名字，根节点没有名字，因此后面都0，直到0x00000003表示属性开始，那怎么表示名字和值呢，在属性后面有一个结构体，然后再加上val 如果val不是向4取整的话就会自动向4取整，对于第二个属性也一致

struct{uint32_t len;  //val长度 uint32_t nameoff; //表示属性名字在strings blosk的偏移
}

对于字符串的偏移值为188h， 第一个属性为model，大小为0x0A，在字符串区的偏移值为0，值为"53 4D 44 4B 32 34 34 34 30 00 00 00"，自动向4取整，紧接着从第二属性开始即"00 00 00 03"


http://chatgpt.dhexx.cn/article/PVhINxP6.shtml

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