设备树的引入降低了内核为支持新硬件而须要的改变，增强代码重用，加速了Linux支持包的开发，致使单个内核镜像能支持多个系统。作为U-Boot和Linux内核之间的动态插口，本文简述了设备树的数据储存格式以及源码描述句型，因而剖析了U-Boot对扁平设备树的支持设置，Linux内核对设备树的解析流程。
IBM、Sun等厂家的服务器最初都采用了Firmware（一种嵌入到硬件设备中的程序，用于提供软件和硬件之间的插口），用于初始化系统配置，提供操作系统软件和硬件之间的插口，启动和运行系统。后来为了标准化和兼容性，IBM、Sun等联合推出了固件插口IEEE1275标准，让她们的服务器如IBMPowerPCpSeries，ApplePowerPC，SunSPARC等均采用OpenFirmware，在运行时建立系统硬件的设备树信息传递给内核，进行系统的启动运行[1]。这样做的用处有，降低内核对系统硬件的严重依赖，利于加速支持包的开发，增加硬件带来的变化需求和成本，减少对内核设计和编译的要求。
随着Linux/ppc64内核的发展，内核代码从原先的arch/ppc32和arch/ppc64逐步迁移到统一的arch/powerpc目录，并在内核代码引入OpenFirmwareAPI以使用标准固件插口[2]。Linux内核在运行时，须要晓得硬件的一些相关信息。对于使用ARCH=powerpc参数编译的内核镜像，这个信息须要基于OpenFirmware规范，以设备树的方式存在[3]。这样内核在启动时读取扫描OpenFirmware提供的设备树，因而获得平台的硬件设备信息，搜索匹配的设备驱动程序并将该驱动程序绑定到设备。
在嵌入式PowerPC中，通常使用U-Boot之类的系统引导代码，而不采用OpenFirmware。初期的U-Boot使用include/asm-ppc/u-boot.h中的静态数据结构structbd_t将板子基本信息传递给内核，其余的由内核处理。这样的插口不够灵活，硬件发生变化就须要重新订制编译烧录引导代码和内核，但是也不再适应于现今的内核。为了适应内核的发展及嵌入式PowerPC平台的千变万化，吸收标准OpenFirmware的优点，U-Boot引入了扁平设备树FDT这样的动态插口，使用一个单独的FDTblob（二补码大对象，是一个可以储存二补码文件的容器）储存传递给内核的参数[3]。一些确定信息，比如cache大小、中断路由等直接由设备树提供，而其他的信息linux移植时需要编译设备树文件吗，比如eTSEC的MAC地址、频率、PCI总线数量等由U-Boot在运行时更改。U-Boot使用扁平设备树代替了bd_t，并且也不再保证对bd_t的后向兼容。
2设备树概念
简单的说，设备树是一种描述硬件配置的树状数据结构，有且仅有一个根节点[4]。它包含了有关CPU、物理显存、总线、串口、PHY以及其他外围设备信息等。该树承继了OpenFirmwareIEEE1275设备树的定义。操作系统就能在启动时对此结构进行句型剖析，借此配置内核，加载相应的驱动。
3设备树储存格式
U-Boot须要将设备树在显存中的储存地址传给内核。该树主要由三大部份组成：头（Header）、结构块（Structureblock）、字符串块（Stringsblock）。设备树在显存中的储存布局图1如下：
图1设备树储存格式图
Fig1ThelayoutofaDTblock
3.1头（header）
头主要描述设备树的基本信息，如设备树魔数标志、设备树块大小、结构块的偏斜地址等，其具体结构boot_param_header如下。这个结构中的值都是以大端模式表示，但是偏斜地址是相对于设备枝杈的起始地址估算的。
3.2结构块（structureblock）
扁平设备树结构块是线性化的树状结构，和字符串块一起组成了设备树的主体，以节点方式保存目标板的设备信息。在结构块中，节点起始标志为常值宏OF_DT_BEGIN_NODE，节点结束标志为宏OF_DT_END_NODE；子节点定义在节点结束标志前。一个节点可以概括为以OF_DT_BEGIN_NODE开始，包括节点路径、属性列表、子节点列表，最后以OF_DT_END_NODE结束的序列，每一个子节点自身也是类似的结构。
3.3字符串块（Stringsblock）
为了节约空间，将一些属性名adobe air linux，尤其是这些重复冗余出现的属性名，提取下来单独储存到字符串块。这个块中包含了好多有结束标志的属性名字符串。在设备树的结构块中储存了这种字符串的偏斜地址，这样可以很容易地查找到属性名字符串。字符串块的引入节约了嵌入式系统较为紧张的储存空间。
4设备树源码DTS表示
设备树源码文件（.dts）以可读可编辑的文本方式描述系统硬件配置设备树，支持C/C++形式的注释，该结构有一个惟一的根节点“/”，每位节点都有自己的名子并可以包含多个子节点。设备树的数据格式遵守了OpenFirmwareIEEEstandard1275。本文只阐述设备树数据布局及句型，Linux板级支持包开发者应当详尽参考IEEE1275标准[5]及其他文献[2][4]。为了说明，首先给出基于PowerPCMPC83498349E处理器的最小系统的设备树源码示例。
可以看见，这个设备树中有好多节点，每位节点都指定了节点单元名称。每一个属性前面都给出相应的值。以双冒号引出的内容为ASCII字符串，以尖括弧给出的是32位的16补码值。这个树结构是启动Linux内核所需节点和属性简化后的集合，包括了根节点的基本模式信息、CPU和化学显存布局，它还包括通过/chosen节点传递给内核的命令行参数信息。
/{
model="MPC8349EMITX";
compatible="MPC8349EMITX","MPC834xMITX","MPC83xxMITX";
#address-cells=;/*32bitaddress*/
#size-cells=;/*4GBsize*/
cpus{
#address-cells=;
#size-cells=;
PowerPC,8349@0{
device_type="cpu";
reg=;
d-cache-line-size=;/*32Bytes*/
i-cache-line-size=;
d-cache-size=;/*L1dcache,32K*/
i-cache-size=;
timebase-frequency=;/*frombootloader*/
bus-frequency=;
clock-frequency=;
};
};
memory{
device_type="memory";
reg=;/*256MB*/
};
chosen{
name="chosen";
bootargs="root=/dev/ramrwconsole=ttyS0,115200";
linux,stdout-path="/soc8349@e0000000/serial@4500";
};
};
4.1根节点
设备树的起始点称之为根节点"/"。属性model指明了目标板平台或模块的名称，属性compatible值指明和目标板为同一系列的兼容的开发板名称。对于大多数32位平台，属性
#address-cells和#size-cells的值通常为1。
4.2CPU节点
/cpus节点是根节点的子节点，对于系统中的每一个CPU，都有相应的节点。/cpus节点没有必须指明的属性，但指明#address-cells=和#size-cells=是个好习惯，这同时指明了每位CPU节点的reg属性格式，便捷为化学CPU编号。
此节点应包含板上每位CPU的属性。CPU名称通常写作PowerPC,，比如Freescale会使用PowerPC,8349来描述本文的MPC83498349E处理器。CPU节点的单元名应当是cpu@0的格式，此节点通常要指定device_type（固定为"cpu"），一级数据/指令缓存的表项
大小，一级数据/指令缓存的大小，核心、总线时钟频度等。在里面的示例中通过系统引导代码动态填写时钟频度相关项。
4.3系统显存节点
此节点用于描述目标板上数学显存范围，通常叫做/memory节点，可以有一个或多个。当有多个节点时，须要后跟单元地址给以分辨；只有一个单元地址时，可以不写单元地址，默认为0。
此节点包含板上数学显存的属性，通常要指定device_type（固定为"memory"）和reg属性。其中reg的属性值以的方式给出，如上示例中目标板显存起始地址为0，大小为256M字节。
4.4/chosen节点
这个节点有一点特殊。一般，这儿由OpenFirmware储存可变的环境信息，比如参数，默认输入输出设备。
这个节点中通常指定bootargs及linux,stdout-path属性值。bootargs属性设置为传递给内核命令行的参数字符串。linux,stdout-path经常为标准终端设备的节点路径名，内核会借此作为默认终端。
U-Boot在1.3.0版本后添加了对扁平设备树FDT的支持，U-Boot加载Linux内核、Ramdisk文件系统（假如使用的话）和设备树二补码镜像到化学显存以后，在启动执行Linux内核之前，它会更改设备树二补码文件。它会填充必要的信息到设备树中，比如MAC地址、PCI总线数量等。U-Boot也会填写设备树文件中的“/chosen”节点，包含了例如并口、根设备（Ramdisk、硬盘或NFS启动）等相关信息。
4.5片上系统SOC节点
此节点拿来描述片上系统SOC，假如处理器是SOC，则此节点必须存在。顶尖SOC节点包含的信息对此SOC上的所有设备可见。节点名应当包含此SOC的单元地址，即此SOC显存映射寄存器的基址。SOC节点名以/soc的方式命名，比如MPC8349的SOC
节点是"soc8349"。
在属性中应当指定device_type（固定为"soc"）、ranges、bus-frequency等属性。ranges属性值以的方式指定。SOC节点还包含目标板使用的每位SOC设备子节点，应当在设备树中尽可能详尽地描述此SOC上的外围设备。如下给出带有看门狗设备的SOC节点DTS示例。
soc8349@e0000000{
#address-cells=;
#size-cells=;
device_type="soc";
compatible="simple-bus";
ranges=;/*size1MB*/
reg=;
bus-frequency=;/*frombootloader*/
{
device_type="watchdog";
compatible="mpc83xx_wdt";
reg=;/*offset:0x200*/
};
};
4.6其他设备节点
分级节点拿来描述系统上的总线和设备，类似数学总线拓扑linux软件工程师，能很便捷的描述设备间的关系。对于系统上的每位总线和设备，在设备树中都有其节点。对于这种设备属性的描述和定义请详尽参考IEEE1275标准及本文参考文献[2]。
设备树的中断系统稍显复杂，设备节点借助interrupt-parent和interrupts属性描述到中断控制器的中断联接。其中interrupt-parent属性值为中断控制器节点的表针，#interrupts属性值描述可触发的中断讯号，其值格式与中断控制器的interrupt-cells属性值有关。通常
#interrupt-cells属性值为2，interrupts属性就对应为一对描述硬件中断号和中断触发形式的十六补码值。
5扁平设备树编译
依据嵌入式板的设备信息写设备树源码文件（.dts）一般比较简单，而且手写二补码的扁平设备树（.dtb）就变得比较复杂了。设备树编译器dtc就是拿来依据设备树源码的文本文件生成设备树二补码镜像的。dtc编译器会对输入文件进行句型和语义检测，并按照Linux内核的要求检测各节点及属性，将设备树源码文件（.dts）编译二补码文件（.dtb），以保证内核能正常启动。dtc编译器的使用方式如下所示[6]：dtc[-Idts][-Odtb][-oopt_file][-Vopt_version]ipt_file2.6.25版本以后的内核源码早已包含了dtc编译器。在配置编译内核时选中CONFIG_DTC，会手动生成设备树编译器dtc。将编撰的目标板设备树文件mpc8349emitx.dts放在内核源码的arch/powerpc/boot/dts/目录下，借助内核Makefile生成blob的简单规则，使
用以下命令亦可完成设备树的dtc编译：
$makempc8349emitx.dtb
6U-Boot相关设置说明
为使U-Boot支持设备树，须要在板子配置头文件中设置一系列宏变量。如本文在
MPC8349E处理器目标板中移植的U-Boot配置如下：
/*passopenfirmwareflattree*/
#defineCONFIG_OF_LIBFDT1
#undefCONFIG_OF_FLAT_TREE
#defineCONFIG_OF_BOARD_SETUP1
#defineCONFIG_OF_HAS_BD_T1
#defineCONFIG_OF_HAS_UBOOT_ENV1
启动引导代码U-Boot在完成自己的工作以后，会加载Linux内核，并将扁平设备树的
地址传递给内核，其代码方式如下：
#ifdefined(CONFIG_OF_FLAT_TREE)||defined(CONFIG_OF_LIBFDT)
if(of_flat_tree){/*devicetree;bootnewstyle*/
/*
*LinuxKernelParameters(passingdevicetree):
*r3:pointertothefdt,followedbytheboardinfodata
*r4:physicalpointertothekernelitself
*r5:NULL
*r6:NULL
*r7:NULL
*/
(*kernel)((bd_t*)of_flat_tree,(ulong)kernel,0,0,0);
/*doesnotreturn*/
}
#endif
arch/powerpc内核的入口有且只有一个，入口点为内核镜像的起始。此入口支持两种调用方法，一种是支持OpenFirmware启动，另一种对于没有OF的引导代码，须要使用扁平设备树块，如上示例代码。寄存器r3保存指向设备树的数学地址表针，寄存器r4保存为内
核在数学显存中的地址，r5为NULL。其中的蕴涵意思为：假定开启了mmu，这么这个mmu的映射关系是1:1的映射，即虚拟地址和化学地址是相同的。
7Linux内核对设备树的解析
扁平设备树描述了目标板平台中的设备树信息。每位设备都有一个节点来描述其信息，每位节点又可以有子节点及其相应的属性。内核源码中include/linux/of.h及drivers/of/base.c等文件中提供了一些OpenFirmwareAPI，通过这种API，内核及设备驱动可以查找到相应
的设备节点，读取其属性值，借助这种信息正确地初始化和驱动硬件。
图2内核及驱动对扁平设备树的解析
Fig2InteractionfromkernelanddriverswiththeFDTblob
8推论
本文介绍了设备树的起源及其优点，因而探讨了设备树的数据储存格式以及源码描述句型，给出了设备树的编译方式linux移植时需要编译设备树文件吗，最后引出了移植过程中的U-Boot相关设置说明及内核的解析过程剖析。设备树为嵌入式系统向Linux内核传递参数的动态插口，本文以MPC8349E
处理器目标板上的DTS移植经历作总结，希望对嵌入式PowerPCLinux开发者具有一定的参考价值，可以推动嵌入式PowerPCLinux开发中的设备树DTS移植过程。
