ARM嵌入式Linux設(shè)備樹簡介及應(yīng)用示例

設(shè)備樹（Device Tree）是一種用來描述系統(tǒng)硬件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一些硬件設(shè)備設(shè)計機制就是可被系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的（如PCI Express或者USB總線），而有一些則不是（尤其是內(nèi)存映射外設(shè)）。對于后一種情況，不同于X86架構(gòu)系統(tǒng)采用BIOS和操作系統(tǒng)溝通硬件拓撲信息，ARM Linux通常情況是將硬件設(shè)備描述硬編碼到系統(tǒng)內(nèi)核（Linux Kernel）中，但由于ARM嵌入式設(shè)備的多樣和離散性，即便如此也不能保證覆蓋到所有設(shè)備，而且長久以來給ARM Linux內(nèi)核代碼維護造成了很大負擔(dān)；基于這種情況，設(shè)備樹的概念就被提出，將ARM SOC和板卡硬件平臺描述信息從內(nèi)核獨立出來成為設(shè)備樹文件，通過bootloader傳遞給內(nèi)核來識別當(dāng)前平臺設(shè)備并加載相應(yīng)的資源和驅(qū)動，這樣就把ARM嵌入式Linux 內(nèi)核統(tǒng)一起來，更好的利于內(nèi)核維護，而對于廣泛的ARM嵌入式設(shè)備系統(tǒng)維護和遷移也更方便和有效率。

設(shè)備樹機制從Linux 內(nèi)核3.2 版本左右開始采用，其不僅可以定義ARM SoC內(nèi)部內(nèi)存映射外設(shè)，還可以定義整個板卡，下面就以Toradex Colibri VF61計算機模塊搭配Colibri Eva Board為例來展示設(shè)備樹的具體應(yīng)用，另外關(guān)于設(shè)備樹的更深入介紹，請參考這里。

2). 設(shè)備樹文件說明

Toradex ARM計算機模塊工業(yè)產(chǎn)品級Embedded Linux源代碼下載及編譯指南請見這里，其中設(shè)備樹文件位于Kernel 源代碼 arch/arm/boot/dts/ 目錄下。

設(shè)備樹通常由多級別的多個設(shè)備樹文件構(gòu)成，一個設(shè)備樹文件（dts 和dtsi）可以包含另外一個可包含設(shè)備樹文件（dtsi），如一個板卡級設(shè)備樹文件（dts）一般會包含其所使用的SoC級別的設(shè)備樹文件（dtsi）。如上圖所示，為了支持Toradex產(chǎn)品，定義了三個級別的設(shè)備樹文件：載板級別，模塊基本以及SoC級別，這些區(qū)別也體現(xiàn)在了設(shè)備樹文件的命名上面。

載板級別的設(shè)備樹文件（如vf610-colibri-eval-v3.dts）定義自Colibri Eva Board載板，但基于Colibri模塊的標(biāo)準(zhǔn)定義，同樣也兼容于其他Colibri載板（如Iris載板）；不過如果用戶針對自己應(yīng)用定制了載板，則需要對應(yīng)定制化設(shè)備樹文件以便使能非默認定義功能設(shè)備（如第二個網(wǎng)口）或者關(guān)閉一些無用的設(shè)備。

設(shè)備樹文件（dts）最后要被編譯成設(shè)備樹二進制文件（dtb）以供Linux 內(nèi)核啟動加載所使用，所需的編譯器也都集成在Linux源文件里面可以直接調(diào)用，從后面的示例可以看到具體的編譯方法。

設(shè)備樹文件的基本單元是node，一個設(shè)備樹文件只能有一個root node （/），其他node按照parent/child node以樹狀結(jié)構(gòu)分布，每個node里面包含一些property/value來描述該node特性，如下面是一個UART 設(shè)備的描述；另外低級別設(shè)備樹文件的定義可以在更高級別的設(shè)備樹文件中重新定義或者更改，最后生成的二進制文件以最后一次定義為準(zhǔn)，因此我們定制化設(shè)備樹文件時候通常只定制修改最高級別的載板級設(shè)備樹文件即可；更詳細的關(guān)于設(shè)備樹文件語法的說明請見這里。

3). 定制設(shè)備樹文件

本文以Colibri VF61計算機模塊和Eva board載板為例，定制設(shè)備樹文件以使能GPIO和CAN bus。Colibri Vybird系列產(chǎn)品設(shè)備樹文件的架構(gòu)如下圖所示：

a). 創(chuàng)建新的載板級別設(shè)備樹文件，這里為了方便直接復(fù)制vf610-colibri-eval-v3.dts

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$ cp arch/arm/boot/dts/vf610-colibri-eval-v3.dts arch/arm/boot/dts/vf610-colibri-my-carrier.dts

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b). 編輯設(shè)備樹文件vf610-colibri-my-carrier.dts，將默認配置為PWM設(shè)備管腳配置為GPIO

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$ vi vf610-colibri-my-carrier.dts

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//添加下面內(nèi)容于設(shè)備樹文件中

c). 配置編譯環(huán)境并編譯新的設(shè)備樹文件

./ 安裝交叉編譯Tool Chain，請從這里下載

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$ tar xvf gcc-linaro-4.9-2014.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf.tar.xz

$ ln -s gcc-linaro-4.9-2014.11-x86_64_arm-linux-gnueabihf gcc-linaro

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./ 配置環(huán)境變量

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$ export ARCH=arm

$ export PATH=~/gcc-linaro/bin/:$PATH

$ export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

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./ 修改arch/arm/boot/dts/Makefile文件， 插入"vf610-colibri-my-carrier.dtb"

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dtb-$(CONFIG_SOC_VF610) +=

vf500-colibri-eval-v3.dtb

vf610-colibri-eval-v3.dtb

vf610-colibri-my-carrier.dtb

vf500-colibri-dual-eth.dtb

vf610-colibri-dual-eth.dtb

vf610-cosmic.dtb

vf610-twr.dtb

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./ 編譯設(shè)備樹文件，源代碼根目錄linux-toradex下，生成的文件可以在arch/arm/boot/dts/下找到

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$ make colibri_vf_defconfig

$ make dtbs

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4). 部署新的設(shè)備樹文件并測試

a). 將新的設(shè)備樹文件"vf610-colibri-my-carrier.dtb"放置到目標(biāo)板Colibri VF61 Linux系統(tǒng) /boot目錄下

b). 如下修改目標(biāo)板 uboot環(huán)境變量

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$ setenv fdt_board my-carrier

$ saveenv

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c). 重啟后則系統(tǒng)加載新的設(shè)備樹文件

下面兩個截圖分別是更改前和更改后使用Toradex提供的GPIOConfig工具對PWM對應(yīng)管腳進行查看，可以看到由原來的PWM屬性變成了GPIO，修改成功后則可以按照這里的說明直接調(diào)用GPIO使用。

d). 對于CAN，Colibri VF61支持兩個CAN接口，CAN0和CAN1，在設(shè)備樹中使能CAN設(shè)備示例如下

./ 編輯vf610-colibri-my-carrier.dts，添加下面內(nèi)容

./ 和上述方法一樣重新編譯設(shè)備樹文件后部署，然后就可以在系統(tǒng)中調(diào)用CAN了，更詳細的說明可以參考這里。