概念：

FDT：Flattened Device Tree (扁平设备树)是一种数据结构，用来描述设备的硬件配置信息，它源自开放固件使用的设备树格式。
DTS：Device tree source(设备树源)是一个文本文件，以人类可读的形式描述了计算机系统的硬件资源
DTB：Device tree blob 它是由DTS文本文件编译生成的二进制文件

设备树的引入是为了解决linux kernel越来越臃肿的问题

设备树特点：

在设备树dts文件指定硬件资源，dts被编译为dtb文件, 在启动单板时，U-boot会将dtb文件传给内核，使得驱动程序与硬件分离，我们只需要修改dts文件，便能实现需求。这就是设备树易于扩展，硬件有变动时不需要重新编译内核或驱动程序，只需要提供不一样的dtb文件。

而对于传统字符驱动的编写有两种方式：

一是在驱动程序中，直接写死硬件资源，如：GPIO、寄存器地址、中断号等，使得硬件改动时，必须修改驱动程序。
二是采用总线驱动platform模型，将硬件资源与驱动软件分离，在platform_device中描述硬件资源，arch/arm/mach-xxx对应的文件，便是以platform_device描述各自CPU对应的硬件资源；在platform_driver中分配/设置/注册 file_operations结构体, 并从platform_device获得硬件资源。这种编写方式使得驱动易于扩展，硬件改动时只需修改platform_device或者platform_driver，这就导致linux内核产生大量的冗余代码。

要将FDT信息传递给kernel有两种方式：FDT兼容TAG模式和FDT取代TAG模式

(一)FDT兼容TAG

(1)内核配置

使能CONFIG_ARM_APPENDED_DTB功能，该功能是将DTB文件拼接到uImage的后面

 500 #501 # Boot options502 #503 CONFIG_USE_OF=y504 CONFIG_ATAGS=y505 # CONFIG_DEPRECATED_PARAM_STRUCT is not set506 # CONFIG_BUILD_ARM_APPENDED_DTB_IMAGE is not set                                                                              507 CONFIG_ZBOOT_ROM_TEXT=0508 CONFIG_ZBOOT_ROM_BSS=0509 CONFIG_ARM_APPENDED_DTB=y510 CONFIG_ARM_ATAG_DTB_COMPAT=y511 CONFIG_ARM_ATAG_DTB_COMPAT_CMDLINE_FROM_BOOTLOADER=y512 # CONFIG_ARM_ATAG_DTB_COMPAT_CMDLINE_EXTEND is not set513 CONFIG_CMDLINE=""514 # CONFIG_KEXEC is not set515 # CONFIG_CRASH_DUMP is not set516 CONFIG_AUTO_ZRELADDR=y

(2)构建zImage-dtb

#arch/arm/boot/Makefile68 $(obj)/zImage-dtb:  $(obj)/zImage $(DTB_OBJS) FORCE69     $(call if_changed,cat)70     @echo '  Kernel: $@ is ready'

实际执行的命令是：

 cmd_arch/arm/boot/zImage-dtb := (cat arch/arm/boot/zImage arch/arm/boot/dts/hi3520dv400-demb.dtb > arch/arm/boot/zImage-dtb) ||(rm -f arch/arm/boot/zImage-dtb; false)

将arch/arm/boot/dts/hi3520dv400-demb.dtb拼接到arch/arm/boot/zImage的后面生成arch/arm/boot/zImage-dtb文件。

(3)参数转换

在内核自解压阶段，自解压程序会去判断是否有设备的存在(通过设备树魔术判断)，然后在再读取设备树大小等信息。然后将设备树指针保存到r2寄存器中去。

#linux/arch/arm/boot/compressed/head.S    /*设备树相关的操作*/mov    r5, #0            @ init dtb size to 0#ifdef CONFIG_ARM_APPENDED_DTB
/**   r0  = delta*   r2  = BSS start*   r3  = BSS end*   r4  = final kernel address (possibly with LSB set)*   r5  = appended dtb size (still unknown)*   r6  = _edata*   r7  = architecture ID*   r8  = atags/device tree pointer*   r9  = size of decompressed image*   r10 = end of this image, including  bss/stack/malloc space if non XIP*   r11 = GOT start*   r12 = GOT end*   sp  = stack pointer** if there are device trees (dtb) appended to zImage, advance r10 so that the* dtb data will get relocated along with the kernel if necessary.*/ldr    lr, [r6, #0]
#ifndef __ARMEB__ldr    r1, =0xedfe0dd0        @ sig is 0xd00dfeed big endian
#elseldr    r1, =0xd00dfeed     /**海思使用的是小端模式**/
#endifcmp    lr, r1                /* 通过魔术字来判断是否内核镜像后有 DTB */bne    dtb_check_done        @ not found#ifdef CONFIG_ARM_ATAG_DTB_COMPAT/**如果确实在zImage上附加了DTB，并且确实有ATAG列表，*我们希望将后者翻译成此处的前者。 *为了安全起见，让我们暂时将堆栈移到malloc区域。 *尚未发生GOT修正，但我们要调用的代码均未使用任何全局变量。*/add    sp, sp, #0x10000stmfd    sp!, {r0-r3, ip, lr}mov    r0, r8mov    r1, r6sub    r2, sp, r6bl    atags_to_fdt/** If returned value is 1, there is no ATAG at the location* pointed by r8.  Try the typical 0x100 offset from start* of RAM and hope for the best.*/cmp    r0, #1sub    r0, r4, #TEXT_OFFSETbic    r0, r0, #1add    r0, r0, #0x100mov    r1, r6sub    r2, sp, r6bleq    atags_to_fdtldmfd    sp!, {r0-r3, ip, lr}sub    sp, sp, #0x10000
#endif/* r6 指向的是设备树的地址 也是 _edata* 此时 r8 指向了设备树，* 在下面跳转至解压后的内存执行时* mov    r2, r8            @ restore atags pointer* 从而 r8 指向的设备树会直接传递进内核*/mov    r8, r6            @ use the appended device tree/** Make sure that the DTB doesn't end up in the final* kernel's .bss area. To do so, we adjust the decompressed* kernel size to compensate if that .bss size is larger* than the relocated code.*//**调整解压后的kernel大小*如果 _kernel_bss_size - (dtb/_edata - wont_overwrite) 大于0*则  size of decompressed image 会增加上面的值*从而使得下面 relocate 过程里， 目的地址在解压后内核的最后，*再往后移 _kernel_bss_size - (dtb/_edata - wont_overwrite)*从而使得 relocate 的代码与 kernel 的 bss有重合，但是 dtb 没有。**如果 _kernel_bss_size - (dtb/_edata - wont_overwrite) 小于0，*则 relocate 的代码段（dtb/_edata - wont_overwrite）全部覆盖 kernel bss段后，*还会占用后面的一部分，而 dtb 还在这后面，肯定不会与 kernel bss 有重合了。**在该代码段执行完后，relocate的代码段内存空间可以在内核启动后覆盖 即被 bss使用，*但是 dtb 对应的空间则不要一直保留，不能被bss初始化为全0.     */ldr    r5, =_kernel_bss_sizeadr    r1, wont_overwritesub    r1, r6, r1subs    r1, r5, r1addhi    r9, r9, r1/**dtb 开始4字节是魔术，接下来4字节是dtb文件大小**/ldr    r5, [r6, #4]
#ifndef __ARMEB__   /**ARM 设备不会进入这里**//* convert r5 (dtb size) to little endian */eor    r1, r5, r5, ror #16bic    r1, r1, #0x00ff0000mov    r5, r5, ror #8eor    r5, r5, r1, lsr #8
#endif/*dtb 大小设置8字节对齐*//* preserve 64-bit alignment */add    r5, r5, #7bic    r5, r5, #7/* r6  = _edata  * r5 表示设备树的大小* 使得 _edata 包含了 设备树的大小，* 在下面 Relocate时，同时也会将设备树 Relocate*//* relocate some pointers past the appended dtb */add    r6, r6, r5add    r10, r10, r5/* 栈地址也扩大 */add    sp, sp, r5
dtb_check_done:
#endif /*end of CONFIG_ARM_APPENDED_DTB*/

这里需要注意一个atags_to_fdt 函数，该函数的功能是，当uboot有传递参数给kernel，同时uImage找那个也包含了设备树时，这个函数会将uboot的atags参数转换为fdt格式。

/*/arch/arm/kernel/atags_to_fdt.c*/
/** Convert and fold provided ATAGs into the provided FDT.** REturn values:*    = 0 -> pretend success*    = 1 -> bad ATAG (may retry with another possible ATAG pointer)*    < 0 -> error from libfdt*/
int atags_to_fdt(void *atag_list, void *fdt, int total_space)
{struct tag *atag = atag_list;/* In the case of 64 bits memory size, need to reserve 2 cells for* address and size for each bank */uint32_t mem_reg_property[2 * 2 * NR_BANKS];int memcount = 0;int ret, memsize;/* make sure we've got an aligned pointer */if ((u32)atag_list & 0x3)return 1;/* if we get a DTB here we're done already */if (*(u32 *)atag_list == fdt32_to_cpu(FDT_MAGIC))return 0;/* validate the ATAG */if (atag->hdr.tag != ATAG_CORE ||(atag->hdr.size != tag_size(tag_core) &&atag->hdr.size != 2))return 1;/* let's give it all the room it could need */ret = fdt_open_into(fdt, fdt, total_space);if (ret < 0)return ret;for_each_tag(atag, atag_list) {if (atag->hdr.tag == ATAG_CMDLINE) {/* Append the ATAGS command line to the device tree* command line.* NB: This means that if the same parameter is set in* the device tree and in the tags, the one from the* tags will be chosen.*/if (do_extend_cmdline)merge_fdt_bootargs(fdt,atag->u.cmdline.cmdline);elsesetprop_string(fdt, "/chosen", "bootargs",atag->u.cmdline.cmdline);} else if (atag->hdr.tag == ATAG_MEM) {if (memcount >= sizeof(mem_reg_property)/4)continue;if (!atag->u.mem.size)continue;memsize = get_cell_size(fdt);if (memsize == 2) {/* if memsize is 2, that means that* each data needs 2 cells of 32 bits,* so the data are 64 bits */uint64_t *mem_reg_prop64 =(uint64_t *)mem_reg_property;mem_reg_prop64[memcount++] =cpu_to_fdt64(atag->u.mem.start);mem_reg_prop64[memcount++] =cpu_to_fdt64(atag->u.mem.size);} else {mem_reg_property[memcount++] =cpu_to_fdt32(atag->u.mem.start);mem_reg_property[memcount++] =cpu_to_fdt32(atag->u.mem.size);}} else if (atag->hdr.tag == ATAG_INITRD2) {uint32_t initrd_start, initrd_size;initrd_start = atag->u.initrd.start;initrd_size = atag->u.initrd.size;setprop_cell(fdt, "/chosen", "linux,initrd-start",initrd_start);setprop_cell(fdt, "/chosen", "linux,initrd-end",initrd_start + initrd_size);}}if (memcount) {setprop(fdt, "/memory", "reg", mem_reg_property,4 * memcount * memsize);}return fdt_pack(fdt);
}

(4)内核获取DTB文件地址：

1、bootloader启动内核时,会设置r0,r1,r2三个寄存器：

r0一般设置为0;
r1一般设置为machine id (在使用设备树时该参数没有被使用);
r2一般设置ATAGS或DTB的开始地址

2、通过head.S head-common.S处理，获得dtb文件指针__atags_pointer

bl    __lookup_processor_type        //使用汇编指令读取CPU ID, 根据该ID找到对应的proc_info_list结构体(里面含有这类                                                                       CPU 的初始化函数、信息)
       bl    __vet_atags                             //判断是否存在可用的ATAGS或DTB
       bl    __create_page_tables             //创建页表, 即创建虚拟地址和物理地址的映射关系
       b    __enable_mmu                         //使能MMU, 以后就要使用虚拟地址了
      ldr    r13, =__mmap_switched        //上述函数里将会调用__mmap_switched

3、//r9 = processor ID

__mmap_switched:
       //缓存 r1 r2
       mov    r7, r1
       mov    r8, r2

__mmap_switched_data:
           .long    processor_id                       @ r0
           .long    __machine_arch_type        @ r1
           .long    __atags_pointer                  @ r2

adr    r4, __mmap_switched_data      //将存储变量的地址赋给r4

4、//将u-boot传递给内核的参数r0 r1 r2 分别赋给C变量 processor_id、__machine_arch_type、__atags_pointer

ldmia    r4, {r0, r1, r2, r3}
         str    r9, [r0]            @ Save processor ID
         str    r7, [r1]            @ Save machine type
         str    r8, [r2]            @ Save atags pointer

(5)内核解析dtb文件匹配单板
内核运行起来之后在

start_kernel ==> setup_arch(&command_line); ==>setup_arch==>
   setup_processor();
   mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer);
   if (!mdesc)
       mdesc = setup_machine_tags(__atags_pointer, __machine_arch_type);

之后就是设备树的一些应用

(二)FDT取代TAG

在海思设备上默认并不支持该功能，并且因为海思自己在uboot上做的修改比较大，需要同时修改uboot与kernel才能正常启动，如果以后有机会再进行分析。
它的基本原理应该是将bootargs中的参数放置到设备树中，在通过寄存器r2将设备树的地址传递给kernel,kernel起来之后通过该地址来解析设备信息。

参考内容：

设备树（三）—— linux内核对设备树的支持
https://blog.csdn.net/ggxyx123/article/details/85595173

linux系统之驱动与FDT
https://blog.csdn.net/eleven_xiy/article/details/72835181

Linux内核DTB文件启动的几种方式
https://www.cnblogs.com/iot-yun/p/11403498.html

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