在没有引入设备树之前，每一个具体的硬件平台都会在 linux 源码包的 arch/arm/mach-xxx/ 目录下存在一个硬件信息描述的源码包，其中定义了 GPIO、I2C 等外设和系统信息。这些信息也定义为 .h、.c 文件，内容多为描述设备信息的结构体，同驱动源码一起编译。

由此可见，在没有设备树的情况下，随着新硬件平台的不断产生（特别是手机行业，更新特别迭代快），linux 驱动代码中会增加越来越多的板级描述 .h、.c 文件。而 linux 源码中应该更多关注和体现的是处理驱动的逻辑，而不是这些“没有的”板级描述文件：也就是 Linus 所说的 "this whole ARM thing is a f*cking pain in the ass"。

导致以上问题的主要原因就是驱动代码和设备信息没有分离，而设备树就是为了解决这个问题的。由于目前对设备树没有很好的总体观念，所以接下来的行文组织会不是很有条例，基本算是知识的“收集和记录”。

大致感受设备树

设备树一般位于 linux 源码的 arch/arm/boot/dts 目录，对应 .dts(device tree source) 后缀的文件。dts 文件可以通过

命令编译成 .dtb(device tree blob) 后缀的二进制文件，以供内核驱动使用。图 1 为一个 dts 文件的一部分，可以看到它也是类似 xml 格式的层级结构。

linux 内核在启动的时候会解析设备树中的各个节点信息，并在 /proc/device-tree/ 目录下根据节点名字创建不同的文件夹或文件。如图 2 所示，可以看到创建的目录层级结构和 dts 中指定的层级结构是完全对应的。

我们这篇文章先不深究设备树加载等详细逻辑流程，但是可以大抵推测设备的相关操作：编译后的 dtb 文件会被内核存放在某处以供查询，而查询的操作会和 xml 文件类似，提供一系列层级相关的查询函数。

在大致感受了一下什么是设备树之后，文章后续会简单介绍一下设备树文本的内容语法和语义；然后会编写一个简单驱动，了解一下相关的查询函数。

设备树标准

设备树的标准文档可参考：

Devicetree specification

图 3 就是我们上节所说的设备树的层级结构，根节点为 /。

术语节点（node）的结构如下，我们依次进行说明，同时涉及术语属性（property）、标签（label）。

node-name

node-name 组件指定节点的名称。长度应为 1 至 31 个字符，并且需要描述设备的一般类型。

unit-address

unit-address 特别针对于节点所在的总线类型。unit-address 必须与此节点的 reg 属性中指定的第一个地址匹配。如果该节点没有 reg 属性，则必须省略 @unit-address。仅 node-name 就可以将该节点与书中同一级别的其他节点区分开。特定总线的绑定可以为 reg 和 unit-address 指定额外的、更加具体的要求。

properties

设备树中的每个节点都有描述节点特征的属性。属性由名称和值组成。

属性的值是零个或多个字节的数组，包含与属性相关联的信息。如果传递的是 true-false 信息，那么属性可以有空值。在这种情况下，属性的存在与否就已经足够说明问题了。

label

设备树的源格式中允许将标签附加到任何节点和属性值上。phandle 和路径引用可以通过引用标签自动生成，而不是显式指定 phandle 的值或节点的完整路径。标签仅在设备树的源格式中使用，不会编码进 DTB 二进制文件中。

标签是通过在标签名称后面附加冒号（':'）来创建的。引用是通过在标签前面加取值符号（'&'）来创建的。

节点名称和属性名称都分标准规定和私有定义。标准定义的内容含义可在 Devicetree specification 中查阅；私有特定的内容含义可在源码目录下的 Documentation/devicetree/bindings/ 目录下查阅。这些内容就不赘述了，准备之后用到什么再查阅什么。

设备树操作函数

最后我们编写一个简单的驱动，借此了解一下设备树相关的操作函数。设备树相关的操作函数在 linux/of.h 头文件中定义。相关操作函数都是以 of 打头的。

我们以根节点下的 backlight 节点为例，依次读取其 compatible、brightness-levels、default-brightness-level 和 status 的属性值。

of_find_node_by_path

of_find_node_by_path 函数可以根据节点的路径获取节点结构体。此例中节点路径为 /backlight。这个函数的使用见代码 1 中的第 13 至 19 行，其中保存了返回的节点结构体指针。

of_find_property

of_find_property 函数可以获取指定节点下的某一属性结构体。见代码 1 的第 21 至 29 行，此例中我们想获取 compatible 属性结构体。见第 30 行，属性结构体中的 value 成员保存了属性的值，这边我们将其打印出来。

有特别针对的函数用于获取不同类型的属性值，我们接着看。

of_property_read_string

of_property_read_string 函数用于获取类型为字符串的属性值。例子中 status 属性值为字符串类型，代码 1 中的第 31 至 35 行对其进行了读取。需要注意的是，返回的是一个字符串指针，其指向已分配内容的地址，而不是一份拷贝。因此，我们并不需要额外为字符串分配空间。

of_property_read_u32

of_property_read_u32 函数用于获取类型为 4 字节整形的属性值。代码 1 中的第 54 至 58 行，对 default-brightness-level 属性进行了读取。

of_property_count_elems_of_size

of_property_read_u32 函数针对于类型为数组的属性值，它可以获取数组的长度。我们可以根据获取到的长度，动态分配需要的空间。代码 1 中的第 54 至 58 行，获取了 brightness-levels 属性值的数组长度。然后第 66 行使用 kmalloc 分配了指定大小的空间，用于存储后续读取的值。

of_property_read_u32_array

of_property_read_u32_array 函数用于获取类型为数组的属性值。此例中存放读取数组的内容是 kmalloc 分配的，最后不要忘记使用 kfree 释放（代码 1 第 90 行）。

1. #include <linux/module.h>
2. #include <linux/of.h>
3. #include <linux/slab.h>
4.  
5. static int __init dtsof_init(void)
6. {
7.     struct device_node* backlight_node = NULL;
8.     struct property* compatible_prop = NULL;
9.     const char* str;
10.     u32 u32_val;
11.     u32* u32_arr;
12.     int res, cnt, i;
13.     /* 'backlight' node */
14.     backlight_node = of_find_node_by_path("/backlight");
15.     if (backlight_node == NULL)
16.     {
17.         printk("of_find_node_by_path /backlight failed\n");
18.         return -EINVAL;
19.     }
20.     /* 'compatible' property */
21.     compatible_prop = of_find_property(
22.         backlight_node,
23.         "compatible",
24.         NULL);
25.     if (compatible_prop == NULL)
26.     {
27.         printk("of_find_property compatible failed\n");
28.         return -EINVAL;
29.     }
30.     printk("compatible = %s\n", (char*)compatible_prop->value);
31.     /* 'status' property - string value */
32.     res = of_property_read_string(
33.         backlight_node,
34.         "status",
35.         &str);
36.     if (res < 0)
37.     {
38.         printk("of_property_read_string status failed\n");
39.         return res;
40.     }
41.     printk("status = %s\n", str);
42.     /* 'default-brightness-level' property - u32 value */
43.     res = of_property_read_u32(
44.         backlight_node,
45.         "default-brightness-level",
46.         &u32_val);
47.     if (res < 0)
48.     {
49.         printk("of_property_read_u32 default-brightness-level failed\n");
50.         return res;
51.     }
52.     printk("default-brightness-level = %u\n", u32_val);
53.  
54.     /* 'brightness-levels' property - u32 array value */
55.     cnt = of_property_count_elems_of_size(
56.         backlight_node,
57.         "brightness-levels",
58.         sizeof(u32));
59.     if (cnt < 0)
60.     {
61.         printk("of_property_count_elems_of_size brightness-levels failed\n");
62.         return cnt;      
63.     }
64.     printk("brightness-levels has %u elements\n", cnt);
65.  
66.     u32_arr = kmalloc(sizeof(u32) * cnt, GFP_KERNEL);
67.     if (u32_arr == NULL)
68.     {
69.         printk("kmalloc failed\n");
70.         return -EINVAL;
71.     }
72.  
73.     res = of_property_read_u32_array(
74.         backlight_node,
75.         "brightness-levels",
76.         u32_arr,
77.         cnt);
78.     if (res < 0)
79.     {
80.         printk("of_property_read_u32_array brightness-levels failed\n");
81.         goto fail_free;
82.     }
83.  
84.     for (i = 0; i < cnt; i++)
85.     {
86.         printk("brightness-levels[%d] = %u\n", i, u32_arr[i]);
87.     }
88.  
89. fail_free:
90.     kfree(u32_arr);
91.     return res;
92. }
93.  
94. static void __exit dtsof_exit(void)
95. {
96.  
97. }
98.  
99. module_init(dtsof_init);
100. module_exit(dtsof_exit);
101.  
102. MODULE_LICENSE("GPL");
103. MODULE_AUTHOR("hanhanblog");

我们开发板上验证所写的程序，如图 4 所示，参照 dts 文件进行核对，打印的内容正确无误。

总结

这是第一次接触设备树，每次接触一块新知识，进展就会变慢。“本着用到时再深入的原则”，本篇文章也算是对设备树的一个初步认识和总结，希望后续和设备树相关的内容能越学越快。