ARM嵌入式Linux設備樹(shù)簡(jiǎn)介及應用示例

設備樹(shù)（Device Tree）是一種用來(lái)描述系統硬件的數據結構，一些硬件設備設計機制就是可被系統發(fā)現的（如PCI Express或者USB總線(xiàn)），而有一些則不是（尤其是內存映射外設）。對于后一種情況，不同于X86架構系統采用BIOS和操作系統溝通硬件拓撲信息，ARM Linux通常情況是將硬件設備描述硬編碼到系統內核（Linux Kernel）中，但由于A(yíng)RM嵌入式設備的多樣和離散性，即便如此也不能保證覆蓋到所有設備，而且長(cháng)久以來(lái)給ARM Linux內核代碼維護造成了很大負擔；基于這種情況，設備樹(shù)的概念就被提出，將ARM SOC和板卡硬件平臺描述信息從內核獨立出來(lái)成為設備樹(shù)文件，通過(guò)bootloader傳遞給內核來(lái)識別當前平臺設備并加載相應的資源和驅動(dòng)，這樣就把ARM嵌入式Linux 內核統一起來(lái)，更好的利于內核維護，而對于廣泛的ARM嵌入式設備系統維護和遷移也更方便和有效率。

設備樹(shù)機制從Linux 內核3.2 版本左右開(kāi)始采用，其不僅可以定義ARM SoC內部?jì)却嬗成渫庠O，還可以定義整個(gè)板卡，下面就以Toradex Colibri VF61計算機模塊搭配Colibri Eva Board為例來(lái)展示設備樹(shù)的具體應用，另外關(guān)于設備樹(shù)的更深入介紹，請參考這里。

2). 設備樹(shù)文件說(shuō)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(jiàn)這里，其中設備樹(shù)文件位于Kernel 源代碼 arch/arm/boot/dts/ 目錄下。

設備樹(shù)通常由多級別的多個(gè)設備樹(shù)文件構成，一個(gè)設備樹(shù)文件（dts 和dtsi）可以包含另外一個(gè)可包含設備樹(shù)文件（dtsi），如一個(gè)板卡級設備樹(shù)文件（dts）一般會(huì )包含其所使用的SoC級別的設備樹(shù)文件（dtsi）。如上圖所示，為了支持Toradex產(chǎn)品，定義了三個(gè)級別的設備樹(shù)文件：載板級別，模塊基本以及SoC級別，這些區別也體現在了設備樹(shù)文件的命名上面。

載板級別的設備樹(shù)文件（如vf610-colibri-eval-v3.dts）定義自Colibri Eva Board載板，但基于Colibri模塊的標準定義，同樣也兼容于其他Colibri載板（如Iris載板）；不過(guò)如果用戶(hù)針對自己應用定制了載板，則需要對應定制化設備樹(shù)文件以便使能非默認定義功能設備（如第二個(gè)網(wǎng)口）或者關(guān)閉一些無(wú)用的設備。

設備樹(shù)文件（dts）最后要被編譯成設備樹(shù)二進(jìn)制文件（dtb）以供Linux 內核啟動(dòng)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用，從后面的示例可以看到具體的編譯方法。

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

3). 定制設備樹(shù)文件

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

a). 創(chuàng )建新的載板級別設備樹(shù)文件，這里為了方便直接復制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). 編輯設備樹(shù)文件vf610-colibri-my-carrier.dts，將默認配置為PWM設備管腳配置為GPIO

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$ vi vf610-colibri-my-carrier.dts

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//添加下面內容于設備樹(shù)文件中

c). 配置編譯環(huán)境并編譯新的設備樹(shù)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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./ 編譯設備樹(shù)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). 部署新的設備樹(shù)文件并測試

a). 將新的設備樹(shù)文件"vf610-colibri-my-carrier.dtb"放置到目標板Colibri VF61 Linux系統 /boot目錄下

b). 如下修改目標板 uboot環(huán)境變量

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$ setenv fdt_board my-carrier

$ saveenv

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c). 重啟后則系統加載新的設備樹(shù)文件

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

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

./ 編輯vf610-colibri-my-carrier.dts，添加下面內容

./ 和上述方法一樣重新編譯設備樹(shù)文件后部署，然后就可以在系統中調用CAN了，更詳細的說(shuō)明可以參考這里。