设备树是一种描述硬件的数据结构，它起源于OpenFirmware（OF）。在Linux 2.6中， ARM架构的板极硬件细节过多地被硬编码在arch/arm/plat-xxx和arch/arm/mach-xxx中，采用设备树后，许多硬件的细节可以直接通过它传递给Linux，而不再需要在内核中进行大量的冗余编码。
1. linux设备树中DTS、 DTC和DTB的关系
(1) DTS： .dts文件是设备树的源文件。由于一个SoC可能对应多个设备，这些.dst文件可能包含很多共同的部分，共同的部分一般被提炼为一个 .dtsi 文件，这个文件相当于C语言的头文件。
(2) DTC： DTC是将.dts编译为.dtb的工具，相当于gcc。
(3) DTB： .dtb文件是 .dts 被 DTC 编译后的二进制格式的设备树文件，它可以被linux内核解析。
2. DTS语法
2.1 .dtsi 头文件
和 C 语言一样，设备树也支持头文件，设备树的头文件扩展名为 .dtsi；同时也可以像C 语言一样包含 .h头文件；例如：（代码来源linux-4.15/arch/arm/boot/dts/s3c2416.dtsi）
#include <dt-bindings/clock/s3c2443.h>
#include "s3c24xx.dtsi"
注：.dtsi 文件一般用于描述 SOC 的内部外设信息，比如 CPU 架构、主频、外设寄存器地址范围，比如 UART、 IIC 等等。
2.2 设备节点
在设备树中节点命名格式如下：
node-name@unit-address
node-name： 是设备节点的名称，为ASCII字符串，节点名字应该能够清晰的描述出节点的功能，比如“uart1”就表示这个节点是UART1外设；
unit-address： 一般表示设备的地址或寄存器首地址，如果某个节点没有地址或者寄存器的话 “unit-address” 可以不要；
注：根节点没有node-name 或者 unit-address，它被定义为 /。
设备节点的例子如下图：
在上图中：cpu 和 ethernet依靠不同的unit-address 分辨不同的CPU；可见，node-name相同的情况下，可以通过不同的unit-address定义不同的设备节点。
2.2.1 设备节点的标准属性
2.2.1.1 compatible 属性
compatible 属性也叫做 “兼容性” 属性，这是非常重要的一个属性！ compatible 属性的值是一个字符串列表， compatible 属性用于将设备和驱动绑定起来。字符串列表用于选择设备所要使用的驱动程序。compatible 属性值的推荐格式：
"manufacturer,model"
① manufacturer : 表示厂商；② model : 一般是模块对应的驱动名字。
例如：
compatible = "fsl,mpc8641", "ns16550";
上面的compatible有两个属性，分别是 “fsl,mpc8641” 和 “ns16550”；其中 “fsl,mpc8641” 的厂商是 fsl；设备首先会使用第一个属性值在 Linux 内核里面查找，看看能不能找到与之匹配的驱动文件；如果没找到，就使用第二个属性值查找，以此类推，直到查到到对应的驱动程序 或者 查找完整个 Linux 内核也没有对应的驱动程序为止。
注：一般驱动程序文件都会有一个 OF 匹配表，此 OF 匹配表保存着一些 compatible 值，如果设备节点的 compatible 属性值和 OF 匹配表中的任何一个值相等，那么就表示设备可以使用这个驱动。
2.2.1.2 model 属性
model 属性值也是一个字符串，一般 model 属性描述设备模块信息，比如名字什么的，例如：
model = "Samsung S3C2416 SoC";
2.2.1.3 phandle 属性
phandle属性为devicetree中唯一的节点指定一个数字标识符，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)，例如：
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
};
注：DTS中的大多数设备树将不包含显式的phandle属性，当DTS被编译成二进制DTB格式时，DTC工具会自动插入phandle属性。
2.2.1.4 status 属性
status 属性看名字就知道是和设备状态有关的， status 属性值也是字符串，字符串是设备的状态信息，可选的状态如下表所示：
| status值 | 描述 |
|---|---|
| “okay” | 表明设备是可操作的。 |
| “disabled” | 表明设备当前是不可操作的，但是在未来可以变为可操作的，比如热插拔设备插入以后。至于 disabled 的具体含义还要看设备的绑定文档。 |
| “fail” | 表明设备不可操作，设备检测到了一系列的错误，而且设备也不大可能变得可操作。 |
| “fail-sss” | 含义和“fail”相同，后面的 sss 部分是检测到的错误内容 |
2.2.1.5 #address-cells 和 #size-cells
#address-cells 和 #size-cells的值都是无符号 32 位整型，可以用在任何拥有子节点的设备中，用于描述子节点的地址信息。 #address-cells 属性值决定了子节点 reg 属性中地址信息所占用的字长(32 位)， #size-cells 属性值决定了子节点 reg 属性中长度信息所占的字长(32 位)。#address-cells 和 #size-cells 表明了子节点应该如何编写 reg 属性值，一般 reg 属性都是和地址有关的内容，和地址相关的信息有两种：起始地址和地址长度，reg 属性的格式一为：
reg = <address1 length1 address2 length2 address3 length3……>
例如一个64位的处理器：
soc {
#address-cells = <2>;
#size-cells = <1>;
serial {
compatible = "xxx";
reg = <0x4600 0x5000 0x100>; /*地址信息是：0x00004600 00005000,长度信息是：0x100*/
};
};
2.2.1.6 reg 属性
reg 属性的值一般是 (address， length) 对，reg 属性一般用于描述设备地址空间资源信息，一般都是某个外设的寄存器地址范围信息。例如：一个设备有两个寄存器块，一个的地址是0x3000，占据32字节；另一个的地址是0xFE00，占据256字节，表示如下：
reg = <0x3000 0x20 0xFE00 0x100>;
注：上述对应#address-cells = <1>; #size-cells = <1>;。
2.2.1.7 ranges 属性
ranges属性值可以为空或者按照 (child-bus-address,parent-bus-address,length) 格式编写的数字矩阵， ranges 是一个地址映射/转换表， ranges 属性每个项目由子地址、父地址和地址空间长度这三部分组成：
child-bus-address： 子总线地址空间的物理地址，由父节点的 #address-cells 确定此物理地址所占用的字长。
parent-bus-address： 父总线地址空间的物理地址，同样由父节点的 #address-cells 确定此物理地址所占用的字长。
length： 子地址空间的长度，由父节点的 #size-cells 确定此地址长度所占用的字长。
soc {
compatible = "simple-bus";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
ranges = <0x0 0xe0000000 0x00100000>;
serial {
device_type = "serial";
compatible = "ns16550";
reg = <0x4600 0x100>;
clock-frequency = <0>;
interrupts = <0xA 0x8>;
interrupt-parent = <&ipic>;
};
};
节点 soc 定义的 ranges 属性，值为 <0x0 0xe0000000 0x00100000>，此属性值指定了一个 1024KB(0x00100000) 的地址范围，子地址空间的物理起始地址为 0x0，父地址空间的物理起始地址为 0xe0000000。
serial 是串口设备节点， reg 属性定义了 serial 设备寄存器的起始地址为 0x4600，寄存器长度为 0x100。经过地址转换， serial 设备可以从 0xe0004600 开始进行读写操作，0xe0004600=0x4600+0xe0000000。
2.2.1.8 name 属性
name 属性值为字符串， name 属性用于记录节点名字， name 属性已经被弃用，不推荐使用name 属性，一些老的设备树文件可能会使用此属性。
2.2.1.9 device_type 属性
device_type 属性值为字符串， IEEE 1275 会用到此属性，用于描述设备的 FCode，但是设备树没有 FCode，所以此属性也被抛弃了。此属性只能用于 cpu 节点或者 memory 节点。
memory@30000000 {
device_type = "memory";
reg = <0x30000000 0x4000000>;
};
2.2.2 根节点
每个设备树文件只有一个根节点，其他所有的设备节点都是它的子节点，它的路径是 /。根节点有以下属性：
| 属性 | 属性值类型 | 描述 |
|---|---|---|
| #address-cells | < u32 > | 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 | < u32 > | 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) |
| model | < string > | 用于标识系统板卡(例如smdk2440开发板)，推荐的格式是“manufacturer,model-number” |
| compatible | < stringlist > | 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 |
例如：compatible = “samsung,smdk2440”,“samsung,s3c24xx” ,内核会优先寻找支持smdk2440的machine_desc结构体，如果找不到才会继续寻找支持s3c24xx的machine_desc结构体(优先选择第一项，然后才是第二项，第三项…)
2.2.3 特殊节点
2.2.3.1 /aliases 子节点
aliases 节点的主要功能就是定义别名，定义别名的目的就是为了方便访问节点。例如：定义 flexcan1 和 flexcan2 的别名是 can0 和 can1。
aliases {
can0 = &flexcan1;
can1 = &flexcan2;
};
2.2.3.2 /memory 子节点
所有设备树都需要一个memory设备节点，它描述了系统的物理内存布局。如果系统有多个内存块，可以创建多个memory节点，或者可以在单个memory节点的reg属性中指定这些地址范围和内存空间大小。
例如：一个64位的系统有两块内存空间：RAM1： 起始地址是0x0，地址空间是 0x80000000；RAM2： 起始地址是0x10000000，地址空间也是0x80000000；同时根节点下的 #address-cells = <2>和#size-cells = <2>，这个memory节点描述为：
memory@0 {
device_type = "memory";
reg = <0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x80000000
0x00000000 0x10000000 0x00000000 0x80000000>;
};
或者：
memory@0 {
device_type = "memory";
reg = <0x00000000 0x00000000 0x00000000 0x80000000>;
};
memory@10000000 {
device_type = "memory";
reg = <0x00000000 0x10000000 0x00000000 0x80000000>;
};
2.2.3.3 /chosen 子节点
chosen 并不是一个真实的设备， chosen 节点主要是为了 uboot 向 Linux 内核传递数据，重点是 bootargs 参数。例如：
chosen {
bootargs = "root=/dev/nfs rw nfsroot=192.168.1.1 console=ttyS0,115200";
};
2.2.3.4 /cpus 和 /cpus/cpu* 子节点
cpus节点下有1个或多个cpu子节点, 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
例如：
cpus {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
cpu@0 {
device_type = "cpu";
reg = <0>;
cache-unified;
cache-size = <0x8000>; // L1, 32KB
cache-block-size = <32>;
timebase-frequency = <82500000>; // 82.5 MHz
next-level-cache = <&L2_0>; // phandle to L2
L2_0:l2-cache {
compatible = "cache";
cache-unified;
cache-size = <0x40000>; // 256 KB
cache-sets = <1024>;
cache-block-size = <32>;
cache-level = <2>;
next-level-cache = <&L3>; // phandle to L3
L3:l3-cache {
compatible = "cache";
cache-unified;
cache-size = <0x40000>; // 256 KB
cache-sets = <0x400>; // 1024
cache-block-size = <32>;
cache-level = <3>;
};
};
};
cpu@1 {
device_type = "cpu";
reg = <1>;
cache-unified;
cache-block-size = <32>;
cache-size = <0x8000>; // L1, 32KB
timebase-frequency = <82500000>; // 82.5 MHzclock-frequency = <825000000>; // 825 MHz
cache-level = <2>;
next-level-cache = <&L2_1>; // phandle to L2
L2_1:l2-cache {
compatible = "cache";
cache-unified;
cache-size = <0x40000>; // 256 KB
cache-sets = <0x400>; // 1024
cache-line-size = <32>; // 32 bytes
next-level-cache = <&L3>; // phandle to L3
};
};
};
2.2.3.5 引用其他节点
2.2.3.5.1 phandle
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
};
2.2.3.5.2 label
PIC: pic@10000000 {
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
};
2.2.4 DTB格式
.dtb文件是 .dts 被 DTC 编译后的二进制格式的设备树文件，它的文件布局如下：
从上图可以看出，DTB文件主要包含四部分内容：struct ftd_header、memory reservation block、structure block、strings block；
① struct ftd_header： 用来表明各个分部的偏移地址，整个文件的大小，版本号等；
② memory reservation block： 在设备树中使用**/memreserve/** 定义的保留内存信息；
③ structure block： 保存节点的信息，节点的结构；
④ strings block： 保存属性的名字，单独作为字符串保存；
struct ftd_header结构体的定义如下：
struct fdt_header {
uint32_t magic; /*它的值为0xd00dfeed，以大端模式保存*/
uint32_t totalsize; /*整个DTB文件的大小*/
uint32_t off_dt_struct; /*structure block的偏移地址*/
uint32_t off_dt_strings; /*strings block的偏移地址*/
uint32_t off_mem_rsvmap; /*memory reservation block的偏移地址*/
uint32_t version; /*设备树版本信息*/
uint32_t last_comp_version; /*向后兼容的最低设备树版本信息*/
uint32_t boot_cpuid_phys; /*CPU ID*/
uint32_t size_dt_strings; /*strings block的大小*/
uint32_t size_dt_struct; /*structure block的大小*/
};
fdt_reserve_entry结构体如下：
struct fdt_reserve_entry {
uint64_t address; /*64bit 的地址*/
uint64_t size; /*保留的内存空间的大小*/
};
该结构体用于表示memreserve的起始地址和内存空间的大小，它紧跟在struct ftd_header结构体后面。例如：/memreserve/ 0x33000000 0x10000，fdt_reserve_entry 结构体的成员 address = 0x33000000，size = 0x10000。
structure block是用于描述设备树节点的结构，保存着节点的信息、节点的结构，它有5种标记类型:
① FDT_BEGIN_NODE (0x00000001)：表示节点的开始，它的后面紧跟的是节点的名字；
② FDT_END_NODE (0x00000002)：表示节点的结束；
③ FDT_PROP (0x00000003) ：表示开始描述节点里面的一个属性，在FDT_PROP后面紧跟一个结构体如下所示:
struct {
uint32_t len; /*表示属性值的长度*/
uint32_t nameoff; /*属性的名字在string block的偏移*/
}
注：上面的这个结构体后紧跟着是属性值，属性的名字保存在字符串块（Strings block）中。
④ FDT_END (0x00000009)：表示structure block的结束。
单个节点在structure block的存储格式如下图如所示：(注：子节点的存储格式也是一样)
总结：
(1) DTB文件可以分为四个部分:struct ftd_header、memory reservation block、structure block、strings block；
(2) 最开始的为struct ftd_header，包含其它三个部分的偏移地址；
(3) memory reservation block记录保留内存信息；
(4) structure block保存节点的信息，节点的结构；
(5) strings block保存属性的名字，将属性名字单独作为字符串保存；
2.2.5 DTB文件分析
编译生成dtb文件的源设备树jz2440.dts文件如下：
// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0
/*
* SAMSUNG SMDK2440 board device tree source
*
* Copyright (c) 2018 [email protected]
* 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 = "SMDK2440";
compatible = "samsung,smdk2440";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
memory@30000000 {
device_type = "memory";
reg = <0x30000000 0x4000000>;
};
chosen {
bootargs = "console=ttySAC0,115200 rw root=/dev/mtdblock4 rootfstype=yaffs2";
};
led {
compatible = "jz2440_led";
reg = <S3C2410_GPF(5) 1>;
};
};
jz2440.dtb 文件的内容如下：
接下来我们对应上图的编号逐一分析，其中编号①~⑩表示的是fdt_header 结构体的成员信息：
① 对应 magic，表示设备树魔数，固定为0xd00dfeed；
② 对应 totalsize，表示整个设备设dtb文件的大小，从上图可知0x000001B9正好是dtb文件的大小441B；
③ 对应 off_dt_struct，表示structure block的偏移地址，为 0x00000038；
④ 对应off_dt_strings，表示 strings block的偏移地址，为 0x00000174；
⑤ 对应 off_mem_rsvmap;，表示memory reservation block的偏移地址，为 0x00000028；
⑥ 对应 version ，设备树版本的版本号为0x11；
⑦ 对应 last_comp_version，向下兼容版本号0x10；
⑧ 对应 boot_cpuid_phys，在多核处理器中用于启动的主cpu的物理id，为0x0；
⑨ 对应 size_dt_strings，strings block的大小为 0x45；
⑩ 对应 size_dt_struct，structure block的大小为 0x0000013C；
⑪~⑫ 对应结构体 fdt_reserve_entry ，它所在的地址为0x28，jz2440.dts 设备树文件没有设置 /memreserve/，所以address = 0x0，size = 0x0；
⑬ 所处的地址是0x38，它处在structure block中，0x00000001表示的是设备节点的开始；
⑭ 接着紧跟的是设备节点的名字，这里是根节点，所以为0x00000000；
⑮ 0x00000003 表示的是开始描述设备节点的一个属性；
⑯ 表示这个属性值的长度为0x09；
⑰ 表示这个属性的名字在strings block的偏移量是0，找到strings block的地址0x0174的地方，可知这个属性的名字是model；
⑱ 这个model属性的值是"SMDK2440"，加上字符串的结束符NULL，刚好9个字节；
2.2.6 DTB文件结构图
(1) dtb 文件的结构图如下：
(2) 设备节点的结构图如下：
注：上面的两幅图来源博客：https://blog.csdn.net/u011955950/article/details/41523637
内容来源：Devicetree SpecificationV0.2.pdf
【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.1.pdf
韦东山设备树视频