1. 简介
设备树（Device Tree）是一种用于描述硬件设备的数据结构，广泛应用于嵌入式系统中。它提供了一种通用的方式来描述系统中各种硬件设备的连接方式、寄存器配置以及中断信息等。本文将为大家介绍Linux下的设备树模型探索之旅。
2. 设备树概述
设备树是一种以树状结构组织的文本文件，它描述了系统中的硬件设备及其关系。设备树的主要目的是将硬件描述信息从操作系统内核中分离出来，使得内核可以根据设备树的信息来自动识别和配置硬件设备。在传统的内核开发中，硬件设备的描述信息通常直接编写在内核代码中，而设备树的出现简化了内核代码的维护，提高了系统的可移植性。
2.1 设备树的结构
设备树由多个节点（Node）组成，每个节点分别描述了一个硬件设备或一个设备的属性。节点之间通过父子关系连接起来，呈现出树状结构。每个节点可以包含以下属性：
compatible: 设备的兼容性信息，用于匹配设备树节点和驱动程序。
reg: 设备的物理地址和大小。
interrupts: 设备的中断信息。
status: 设备的状态信息，如"okay"表示设备可用。
设备树的根节点称为"/"，它是所有节点的父节点。设备树中的每个节点都可以包含一个子节点，可以通过路径（如"/node/subnode"）访问各个节点。设备树中的节点可以具有多个属性，在编写设备树源码时需要按照一定的规则来组织节点和属性的关系。
2.2 设备树的编译和加载
在Linux操作系统中，设备树文件通常以.dts（Device Tree Source）或.dtb（Device Tree Blob）为后缀名。.dts文件是设备树的源码文件，可以通过编译工具将其转换为二进制的.dtb文件。编译后的.dtb文件可以由引导加载程序（Bootloader）加载到内存中，并传递给内核进行解析和使用。
3. Linux下的设备树模型
在Linux内核中，设备树模型被广泛应用于各个子系统，如驱动模块、中断控制器和总线控制器等。设备树模型将系统中的硬件设备以节点的形式进行描述，并通过匹配设备树节点和驱动程序来进行设备的配置和管理。
3.1 设备树和驱动程序的匹配
设备树模型中的设备节点使用"compatible"属性来指定设备的兼容性信息，驱动程序也会用相同的兼容性信息来匹配设备树节点。当驱动程序加载时，它会遍历设备树中的每个节点，与自身的兼容性信息进行匹配，找到匹配的设备节点后，驱动程序将根据设备树中的其他属性来配置和管理设备。
3.2 设备树的绑定和解析
设备树模型是一种静态的设备描述方式，设备树节点和驱动程序之间的绑定关系是在设备树源码中定义的。在设备树中，通过添加设备节点和对应的驱动程序来建立节点和驱动程序之间的绑定关系。内核在加载设备树时，会解析设备树中的节点和驱动程序的绑定关系，并将匹配的设备树节点和驱动程序实例进行绑定。
设备树的解析过程由内核的设备模型完成，设备模型会根据设备树的信息来创建对应的驱动程序实例，并将其添加到设备模型中。通过设备模型，内核可以自动管理设备的生命周期、配置设备寄存器和处理设备中断等。
3.3 设备树的示例
/ {
temperature-sensor {
compatible = "sensor,temperature-v1";
reg = <0x1000000 0x100>;
interrupts = <0 1>;
status = "okay";
};
};
上述示例是一个简单的设备树节点描述，它描述了一个名为"temperature-sensor"的温度传感器设备。该设备支持名为"sensor,temperature-v1"的驱动程序，物理地址为0x1000000，大小为256字节。设备的中断信息是0号中断，触发方式为边沿触发。设备的状态为"okay"，表示设备可用。
4. 总结
通过本文的介绍，我们了解了Linux下设备树模型的基本原理和应用。设备树模型以树状结构描述了系统中的硬件设备及其关系，通过设备树和驱动程序的兼容性信息，实现了设备和驱动程序的自动匹配和绑定。设备树模型的出现简化了内核代码的维护，提高了系统的可移植性。
正是因为设备树模型的应用，使得Linux操作系统在嵌入式领域得到了广泛的应用。通过设备树模型，开发者可以方便地描述和配置硬件设备，提高了开发效率和系统的可靠性。相信随着设备树模型的不断发展，它将在嵌入式系统中扮演更加重要的角色。