Linux 设备树：设备树节点与属性在 dtb 文件中的存储

news2024/11/27 18:34:58

Linux 内核启动后，载入的设备树文件是 dtb，而不是 dts，也就是设备树 dts 源文件经过类似编译（二进制化）的方式生成设备树 dtb 文件
那么问题就是：设备树 dts 或者 dtsi 中文本描述的设备树节点 node 与属性 property，如何呈现在设备树 dtb 文件中？直接改为二进制，还是有一定的转换规则？
经过对比设备树源文件 dts 与设备树生成的 dtb 二进制文件，并查看对应的代码，找到了转换的规则，并不是简单的二进制化。

设备树源文件，大概有三类文件组成：
- （1）设备树源文件 dts，一个 dts 文件生成一个 dtb 文件
- （2）设备树源文件的头文件 dtsi，类似于 C 语言的 include 头文件，可以有多个，dtsi 中也可以包含更多的 dtsi
- （3）设备树 dt-bindings C 语言的头文件，这些头文件中，大部分都是【宏定义】，并不包含 C 语言的结构体，用于代替设备树中的【宏】
其实设备树源文件生成设备树 dtb 的过程，有点类似于 C 语言的编译过程，大概有两个过程：【预处理】部分，把设备树 dts 文件当成 C 源文件，把设备树 dtsi 与设备树 C 语言的 .h 头文件当成 C 语言头文件，预处理后就生成一个设备树文件（中间文件），然后再使用 dtc 工具进行转换（类似于 C 语言的编译）。

设备树 dtb 文件构成可以参考设备树的规范文件：设备树规范可以通过 https://github.com/devicetree-org/devicetree-specification 获取到，当前版本是 devicetree-specification-v0.4.pdf
设备树很复杂？其实就是由节点（node）与属性 (property）构成的
可以有多个节点，一个节点下面，可以包含多个节点。以实际树做个比喻，树干、树枝、树叶，树枝可以包含多级树枝，最后是树叶。
设备树中树根、树干、树枝、树叶，都用【节点】或者【容器】来表示。而属性 property，一个设备树节点的描述细节，可以有多个，附属于某个设备树节点。
如果设备树节点是个树叶，那么这个设备树节点的属性可以有大小、颜色等描述用的属性

设备树 dtc 工具如何转换设备树源文件到目标 dtb 文件？设备树 dtc 工具也是由 C 语言编写的，位置在 Linux 内核 scripts\dtc\dtc.c
dtc 的设备树源文件只能输入一个，如果一个设备树包含 dts、多个 dtsi、多个 .h dt-bindings C 语言的头文件，需要借助 gcc 工具进行预处理，这样转换为一个中间的设备树源文件，也就是包含的dtsi 文件被真实文件内容填充，【宏定义】被真实的数据代替。为了管理（解析）方便，再经过 dtc 工具，转换为最终的 dtb 格式的文件。
设备树 dtb 的 C 语言描述， scripts\dtc\libfdt\fdt.h ，节点 fdt_node_header 与属性 fdt_property

struct fdt_node_header {
	fdt32_t tag;
	char name[];
};

struct fdt_property {
	fdt32_t tag;
	fdt32_t len;
	fdt32_t nameoff;
	char data[];
};

可以看到，节点就是一个【容器】的概念，每个节点包含一个或者多个属性 struct fdt_property
节点用于归类或者分组，类似于定义一个【结构体】，属性 struct fdt_property 是其中的成员。
注意这里的 struct fdt_property 与Linux 内核 of 中解析使用的 struct property 不太一样，因为这里的 struct fdt_property 关注的是属性的物理存放规则， struct property 是设备树【树化】展开使用的属性描述节点（包含链表等层次结构化成员）。
struct fdt_property 的设备树节点，就是【并排】的堆叠操作，可以认为是 flat 扁平化的，【属性1】【属性2】。。。【属性N】。

设备树节点使用 FDT_BEGIN_NODE，也就是 32位值 00 00 00 01 四个字节表示一个设备树节点的开始，使用 FDT_END_NODE，也就是 32位值 00 00 00 02 四个字节表示一个设备树节点的结束

#define FDT_BEGIN_NODE	0x1		/* Start node: full name */
#define FDT_END_NODE	0x2		/* End node */

#define FDT_PROP	0x3		/* Property: name off,
					   size, content */

#define FDT_END		0x9

设备树 dt 并不是设备树源文件的直接二进制化，而是有个转换（翻译）规则，比如设备树节点或者属性都有 name 属性，而 name 属性本身也是个字符串，而这些 name 属性都聚集到了一起，形成了 string 区域，所以类似于 compatible = "rockchip,rk3368-i2c", "rockchip,rk3288-i2c"; 属性，存储到 dtb 时， compatible 字符串放在了 string 字符串区域，struct fdt_property 中使用字符串区域的偏移 fdt32_t nameoff来表示，而 "rockchip,rk3368-i2c", "rockchip,rk3288-i2c" 属性值，是以实际字符串的方式存储（4字节对齐）。
如此看来，设备树 dtb 文件有三个区域组成：
- （1）设备树头部，结构体是 struct fdt_header，
- （2）设备树节点与属性存放区域 dt_struct，包括 struct fdt_node_header 与 struct fdt_property
- （3）设备树字符串区域，主要是设备树节点与属性的 name 字符串，用于索引，好处就是【公用】，比如很多设备树节点中都有 compatible 属性，这里公用一个 compatible name 字符串，也就是属性中的 name 字符串也要存储，只是为了【公用】，并且索引管理方便，集中存放在一个区域。