安卓系统面经_安卓面经(9/20)Kernel 设备树解析

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本人是2020年毕业于广东工业大学研究生：许乔丹，有国内大厂CVTE和世界500强企业安卓开发经验，该专栏整理本人从嵌入式Linux转Android系统开发过程中对常见安卓系统开发面试题的理解;
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正文开始⬇

1 概念

1.1 什么是设备树dts(Device Tree)?

Linux内核使用DTS（Device Tree Source）和DTB（Device Tree Binary）来描述嵌入式设备的硬件结构。DTS是机器可读的文本文件，其中包含设备树的节点和属性，DTB是由DTS编译器生成的二进制文件。

在Linux内核启动时，会使用bootloader将DTB加载到内存中，并在内核启动时将DTB解析成设备树形式。设备树是一种层级结构，类似于文件系统，用于描述硬件设备的结构和属性，可以枚举硬件组件并在Linux内核中实例化它们。

设备树的节点（node）和属性（property）描述了硬件设备的结构和属性。每个节点包含了一个设备的信息，而每个属性用来描述该设备的某个方面。设备树可以包含多个节点，每个节点都有一个节点名和一个父节点路径。节点名通常用于标识该节点所代表的硬件设备，而父节点路径用于描述硬件设备的层次结构。

设备树通常包含以下几类节点：

根节点：设备树中唯一的顶层节点，在Linux内核启动后创建，包含其他所有设备树节点。
SoC节点：描述处理器芯片的节点，例如CPU、GPU、DMA等。
总线节点（例如I2C、SPI、PCI、USB）：描述连接SoC外设的总线控制器。
设备节点：描述连接到总线上的具体硬件设备。
逻辑设备节点：描述与设备相关的逻辑设备，例如网络接口、串口、LED等。

对于一个设备树节点，可以具有以下属性：

compatible：设备的型号、品牌和版本信息。
reg：设备的注册地址，用于描述设备内存和寄存器的物理地址。
interrupt-parent和interrupts：用于描述设备中断，并指定中断控制器的地址。
clock：描述设备时钟的信息。

在设备树中，节点和属性都是用DTS语言编写的。DTS语言支持以下语法：

所有语句均以分号结尾。
节点使用中括号，属性使用尖括号。
属性名和属性值之间使用冒号。
属性值可以是整数、字符串、布尔变量等。

以下是一个简单的DTS示例，用于描述一个GPIO设备。

/dts-v1/;

/ {
        gpio {
                compatible = "linux,gpio";
                reg = <0x40 0x10>;
                gpio-controller;
                #gpio-cells = <2>;
        };
};

以上内容应该可以让你对Linux Kernel的DTS有一个初步的认识。

1.2 使用设备树有哪些优势?

Linux内核从3.x版本之后开始支持使用设备树，这样做的意义重大，可以实现驱动代码与设备的硬件信息相互的隔离，减少了代码中的耦合性。

使用设备树具有以下优势：

可移植性好：设备树可以描述硬件设备的结构和属性，从而使得嵌入式系统的驱动程序更加具有可移植性，可以在不同的平台、不同的SOC上使用相同的驱动程序。
软件与硬件分离：设备树将硬件设备的结构和属性描述从内核空间分离出来，使得嵌入式系统开发过程中，软件和硬件开发可以并行进行，方便软硬件团队之间的协作。
系统配置灵活：设备树允许系统构建者在不改变内核源代码的情况下，动态更新硬件设备的配置信息，能够提高软件开发和调试的效率。
设备驱动开发方便：设备树将硬件设备的应用接口、中断和DMA信息等全部包含在内，驱动程序开发者可以通过使用设备树中的信息来快速开发驱动程序。
系统启动更快：传统的Linux内核启动时需要通过读取ATAG结构体等方式获取硬件信息，开销较大，而使用设备树可以快速地获取硬件信息并进行设备驱动程序的加载，能够提高系统启动的速度。

总的来说，使用设备树可以使得嵌入式系统开发更加灵活、方便和效率化，降低硬件开发成本，提高软硬件协作的效率。

2 解析

2.1 dts

DTS（Device Tree Source）是一个用于描述嵌入式硬件的语言，经过编译后可以得到二进制的DTB文件。DTS文件包含了设备树的节点和属性，用于描述嵌入式设备的硬件结构和属性。

在Linux内核开发中，设备树通常被用于描述硬件平台，并且每一个设备都会对应一个独立的DTS文件。因此一般在Linux源码中存在大量的dts文件。在Linux源码中，DTS文件一般位于arch目录下的各个平台的设备树子目录中，例如arm平台的DTS文件位于arch/arm/boot/dts目录中，mips平台的DTS文件在arch/mips/boot/dts目录中，powerpc平台的DTS文件在arch/powerpc/boot/dts目录中。

2.2 dtsi

DTSI（Device Tree Source Include）文件是一个头文件格式的文件，用于存储设备树节点和属性的公共部分，并可以在其他DTS文件中包含这个文件。这种方式使得DTS文件可以重用一些公共的设备树节点和属性定义，从而简化了设备树文件的编写和维护。

值得一提的是，对于一些相同的dts配置可以抽象到dtsi文件中，然后类似于C语言的方式可以include到dts文件中，对于同一个节点的设置情况，dts中的配置会覆盖dtsi中的配置。具体如下图所示： alt

2.3 dtc

DTC（Device Tree Compiler）是一个用于将DTS文件编译成DTB二进制文件的工具，它可以从Linux内核代码中的scripts/dtc目录中获取，也可以在Linux系统中使用命令sudo apt-get install device-tree-compiler安装。

使用DTC编译DTS文件时，会生成对应的DTB文件，该文件包含了设备树的节点和属性的二进制形式，并在Linux内核启动时被加载到内存中。需要注意的是，在使用DTC编译DTS文件时，需要指定设备树的版本（例如-@ 0x00000000）和目标CPU的端序（例如--big-endian或--little-endian）。