五 根節點
一個最簡單的設備樹必須包含根節點，cpus節點，memory節點。根節點的名字及全路徑都是“/”，至少需要包含model和compatible兩個屬性。model屬性我們在屬性那節已經說過是用來描述產品型號的，類型為字符串，推薦的格式為“manufacturer,model-number”（非強制的）。根節點的model屬性描述的是板子的型號或者芯片平台的型號，如：
model = "Atmel AT91SAM9G20 family SoC"
model = "Samsung SMDK5420 board based on EXYNOS5420"
從軟件的層面講model屬性僅僅表示一個名字而已，沒有更多的作用。compatible屬性則不同，該屬性決定軟件如何匹配硬件對硬件進行初始化。屬性那一節我們說過compatible屬性的類型是字符串數組，按照范圍從小到大的順序排列，每個字符串表示一種匹配類型。根節點的compatible屬性表示平台如何匹配，比如‘compatible = "samsung,smdk5420", "samsung,exynos5420", "samsung,exynos5"’，表示軟件應該首先匹配'samsung,smdk5420'，這個是一款開發板。如果無法匹配，再試着匹配"samsung,exynos5420"，這個是一款芯片平台。如果還是無法匹配，還可以試着匹配 "samsung,exynos5"，這是一個系列的芯片平台。這里說的匹配是指軟件根據該信息找到對應的代碼，如對應的初始化函數。
根節點表示的是整個板子或者芯片平台，所以在系統初始化比較早的時候就需要確認是什么平台，怎樣初始化。對於Linux，是通過在start_kernel函數調用setup_arch函數實現的。不同的架構，setup_arch函數的實現不同，對於arm架構，setup_arch函數源代碼位於arch/arm/kernel/setup.c中。以下是該函數的部分源代碼(代碼來自內核版本4.4-rc7的官方版本，本節后邊所有代碼都來自該版本)。
935 void __init setup_arch(char **cmdline_p) 936 { 937 const struct machine_desc *mdesc; 938 939 setup_processor(); 940 mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer); 941 if (!mdesc) 942 mdesc = setup_machine_tags(__atags_pointer, __machine_arch_type); 943 machine_desc = mdesc; 944 machine_name = mdesc->name;
第940行setup_machine_fdt函數的輸入是設備樹(DTB)首地址，返回的mdesc是描述平台信息的結構體。還記得我們在概述那節說過啟動程序如uboot把設備樹讀到內存中，然后在啟動內核的同時將設備樹首地址傳給內核，此處__atags_pointer就是啟動程序傳給內核的設備樹地址（此時內存中的設備樹已經是DTB形式）。setup_machine_fdt中的fdt是flat device tree的縮寫，fdt的意思是說設備樹在內存中是在一塊連續地址存儲的，fdt和dtb說的都是同一個東西。setup_machine_tags是在設備樹初始化失敗的時候才調用的，所以不用管他。machine_desc和machine_name都是靜態全局變量，用來保存指針方便后邊引用的。為了更好的理解setup_machine_fdt具體實現了什么功能，我們首先看下machine_desc結構體。不同的架構，該結構體定義差別很大，arm架構源代碼位於arch/arm/include/asm/mach/arch.h，復制如下：
27 struct machine_desc { 28 unsigned int nr; /* architecture number */ 29 const char *name; /* architecture name */ 30 unsigned long atag_offset; /* tagged list (relative) */ 31 const char *const *dt_compat; /* array of device tree 32 * 'compatible' strings */ 33 34 unsigned int nr_irqs; /* number of IRQs */ 35 36 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA 37 phys_addr_t dma_zone_size; /* size of DMA-able area */ 38 #endif 39 40 unsigned int video_start; /* start of video RAM */ 41 unsigned int video_end; /* end of video RAM */ 42 43 unsigned char reserve_lp0 :1; /* never has lp0 */ 44 unsigned char reserve_lp1 :1; /* never has lp1 */ 45 unsigned char reserve_lp2 :1; /* never has lp2 */ 46 enum reboot_mode reboot_mode; /* default restart mode */ 47 unsigned l2c_aux_val; /* L2 cache aux value */ 48 unsigned l2c_aux_mask; /* L2 cache aux mask */ 49 void (*l2c_write_sec)(unsigned long, unsigned); 50 const struct smp_operations *smp; /* SMP operations */ 51 bool (*smp_init)(void); 52 void (*fixup)(struct tag *, char **); 53 void (*dt_fixup)(void); 54 long long (*pv_fixup)(void); 55 void (*reserve)(void);/* reserve mem blocks */ 56 void (*map_io)(void);/* IO mapping function */ 57 void (*init_early)(void); 58 void (*init_irq)(void); 59 void (*init_time)(void); 60 void (*init_machine)(void); 61 void (*init_late)(void); 62 #ifdef CONFIG_MULTI_IRQ_HANDLER 63 void (*handle_irq)(struct pt_regs *); 64 #endif 65 void (*restart)(enum reboot_mode, const char *); 66 };
從以上結構體的注釋可以看出，該結構體包含了非常多的信息。注意第31行的dt_compat變量，該變量就是用來匹配設備樹的compatible屬性的。
setup_machine_fdt函數的實現也是架構相關的，arm架構源代碼位於arch/arm/kernel/devtree.c，復制代碼如下：
203 /** 204 * setup_machine_fdt - Machine setup when an dtb was passed to the kernel 205 * @dt_phys: physical address of dt blob 206 * 207 * If a dtb was passed to the kernel in r2, then use it to choose the 208 * correct machine_desc and to setup the system. 209 */ 210 const struct machine_desc * __init setup_machine_fdt(unsigned int dt_phys) 211 { 212 const struct machine_desc *mdesc, *mdesc_best = NULL; 213 214 #ifdef CONFIG_ARCH_MULTIPLATFORM 215 DT_MACHINE_START(GENERIC_DT, "Generic DT based system") 216 MACHINE_END 217 218 mdesc_best = &__mach_desc_GENERIC_DT; 219 #endif 220 221 if (!dt_phys || !early_init_dt_verify(phys_to_virt(dt_phys))) 222 return NULL; 223 224 mdesc = of_flat_dt_match_machine(mdesc_best, arch_get_next_mach); 225 226 if (!mdesc) { 227 const char *prop; 228 int size; 229 unsigned long dt_root; 230 231 early_print("\nError: unrecognized/unsupported " 232 "device tree compatible list:\n[ "); 233 234 dt_root = of_get_flat_dt_root(); 235 prop = of_get_flat_dt_prop(dt_root, "compatible", &size); 236 while (size > 0) { 237 early_print("'%s' ", prop); 238 size -= strlen(prop) + 1; 239 prop += strlen(prop) + 1; 240 } 241 early_print("]\n\n"); 242 243 dump_machine_table(); /* does not return */ 244 } 245 246 /* We really don't want to do this, but sometimes firmware provides buggy data */ 247 if (mdesc->dt_fixup) 248 mdesc->dt_fixup(); 249 250 early_init_dt_scan_nodes(); 251 252 /* Change machine number to match the mdesc we're using */ 253 __machine_arch_type = mdesc->nr; 254 255 return mdesc; 256 }
第221行檢查fdt指針是否為空並且調用early_init_dt_verify函數，該函數代碼位於drivers/of/fdt.c，這個函數算是of模塊(還記得么？是open firmware的縮寫)的第一個函數，復制代碼如下:
1060 1061 bool __init early_init_dt_verify(void *params) 1062 { 1063 if (!params) 1064 return false; 1065 1066 /* check device tree validity */ 1067 if (fdt_check_header(params)) 1068 return false; 1069 1070 /* Setup flat device-tree pointer */ 1071 initial_boot_params = params; 1072 of_fdt_crc32 = crc32_be(~0, initial_boot_params, 1073 fdt_totalsize(initial_boot_params)); 1074 return true; 1075 }
early_init_dt_verify首先檢查fdt頭部的合法性，然后設置fdt全局變量以及計算crc。這個initial_boot_params變量后邊在訪問設備樹的時候還會用到。繼續看前邊第224行，of_flat_dt_match_machine函數算是of模塊的第二個函數吧，在分析這個函數前，我們首先分析這個函數的第二個參數arch_get_next_mach，這是一個函數指針，arm架構的實現位於arch/arm/kernel/devtree.c，復制代碼如下：
190 static const void * __init arch_get_next_mach(const char *const **match) 191 { 192 static const struct machine_desc *mdesc = __arch_info_begin; 193 const struct machine_desc *m = mdesc; 194 195 if (m >= __arch_info_end) 196 return NULL; 197 198 mdesc++; 199 *match = m->dt_compat; 200 return m; 201 }
這個函數很簡單，注意的是mdesc是靜態局部變量，第一次調用指向__arch_info_begin，后邊每次調用都mdesc++,如果超過了__arch_info_end就返回NULL。以上代碼說明在__arch_info_begin和__arch_info_end兩個地址之間存儲着多個machine_desc變量（也可能是一個），該函數遍歷這些變量，通過match參數返回所有machine_desc結構體的dt_compat變量指針。問題是__arch_info_begin和__arch_info_end地址是怎么來的呢？在arch/arm/kernel/vmlinux.lds.S連接腳本中定義了.arch.info.init段，__arch_info_begin和__arch_info_end地址分別是該段的首尾地址。
188 .init.arch.info : { 189 __arch_info_begin = .; 190 *(.arch.info.init) 191 __arch_info_end = .; 192 }
那么.init.arch.info段的內容怎么來的呢？這就要參考DT_MACHINE_START和MACHINE_END宏了，arm架構的定義在arch/arm/include/asm/mach/arch.h文件，如下所示：
94 #define DT_MACHINE_START(_name, _namestr) \
95 static const struct machine_desc __mach_desc_##_name \
96 __used \
97 __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = { \
98 .nr = ~0, \
99 .name = _namestr,
100
101 #endif
從該宏代碼看出他定義了一個machine_desc類型的靜態局部變量，該變量位於.arch.info.init段中。參考arch/arm/mach-exynos/exynos.c中如下代碼，以下代碼在.arch.info.init段定義了一個名字為__mach_desc_EXYNOS_DT，類型為machine_desc的靜態局部變量，並且該變量的dt_compat字符串矩陣中有"samsung,exynos5420"的字符串。
277 static char const *const exynos_dt_compat[] __initconst = {
278 "samsung,exynos3",
279 "samsung,exynos3250",
280 "samsung,exynos4",
281 "samsung,exynos4210",
282 "samsung,exynos4212",
283 "samsung,exynos4412",
284 "samsung,exynos4415",
285 "samsung,exynos5",
286 "samsung,exynos5250",
287 "samsung,exynos5260",
288 "samsung,exynos5420",
289 "samsung,exynos5440",
290 NULL
291 };
319 DT_MACHINE_START(EXYNOS_DT, "SAMSUNG EXYNOS (Flattened Device Tree)")
320 /* Maintainer: Thomas Abraham <thomas.abraham@linaro.org> */
321 /* Maintainer: Kukjin Kim <kgene.kim@samsung.com> */
322 .l2c_aux_val = 0x3c400001,
323 .l2c_aux_mask = 0xc20fffff,
324 .smp = smp_ops(exynos_smp_ops),
325 .map_io = exynos_init_io,
326 .init_early = exynos_firmware_init,
327 .init_irq = exynos_init_irq,
328 .init_machine = exynos_dt_machine_init,
329 .init_late = exynos_init_late,
330 .dt_compat = exynos_dt_compat,
331 .reserve = exynos_reserve,
332 .dt_fixup = exynos_dt_fixup,
333 MACHINE_END
我們已經知道了get_next_compat指針的具體實現了，現在繼續看of_flat_dt_match_machine。從第732行開始的循環就是遍歷.arch.info.init段中所有的dt_compat變量，然后通過of_flat_dt_match計算一個分數，並且尋找那個分數最小的。
713 /**
714 * of_flat_dt_match_machine - Iterate match tables to find matching machine.
715 *
716 * @default_match: A machine specific ptr to return in case of no match.
717 * @get_next_compat: callback function to return next compatible match table.
718 *
719 * Iterate through machine match tables to find the best match for the machine
720 * compatible string in the FDT.
721 */
722 const void * __init of_flat_dt_match_machine(const void *default_match,
723 const void * (*get_next_compat)(const char * const**))
724 {
725 const void *data = NULL;
726 const void *best_data = default_match;
727 const char *const *compat;
728 unsigned long dt_root;
729 unsigned int best_score = ~1, score = 0;
730
731 dt_root = of_get_flat_dt_root();
732 while ((data = get_next_compat(&compat))) {
733 score = of_flat_dt_match(dt_root, compat);
734 if (score > 0 && score < best_score) {
735 best_data = data;
736 best_score = score;
737 }
738 }
....
759 return best_data;
760 }
761
of_flat_dt_match_machine的其余部分代碼都是出錯處理及打印，現在我們看of_flat_dt_match的實現，該函數僅僅是直接調用of_fdt_match而已，不同的是增加了initial_boot_params參數（還記得我們說過前邊說過的這個變量的初始化吧，其實這就是內核中的一個簡單封裝而已）。
685 /**
686 * of_flat_dt_match - Return true if node matches a list of compatible values
687 */
688 int __init of_flat_dt_match(unsigned long node, const char *const *compat)
689 {
690 return of_fdt_match(initial_boot_params, node, compat);
691 }
of_fdt_match函數從142行開始遍歷compat數組的每一個字符串，然后通過of_fdt_is_compatible函數計算匹配度（以最小的數值作為最終的結果）。代碼到這個地方已經很好理解了，compat中的數據來自內核的.arch.info.init段，這個段表示內核支持的平台，blob是設備樹其實地址，通過node節點指定根節點的compatible屬性，然后計算匹配度。還記得我們前邊說過的compatible屬性包含多個字符串，從前向后范圍越來越大，優先匹配前邊的，這個地方代碼計算分數（score變量）就是這個目的。
131 /**
132 * of_fdt_match - Return true if node matches a list of compatible values
133 */
134 int of_fdt_match(const void *blob, unsigned long node,
135 const char *const *compat)
136 {
137 unsigned int tmp, score = 0;
138
139 if (!compat)
140 return 0;
141
142 while (*compat) {
143 tmp = of_fdt_is_compatible(blob, node, *compat);
144 if (tmp && (score == 0 || (tmp < score)))
145 score = tmp;
146 compat++;
147 }
148
149 return score;
150 }
繼續看of_fdt_is_compatible函數的實現，第97行已經看到找該節點下的"compatible"屬性了。
80 /**
81 * of_fdt_is_compatible - Return true if given node from the given blob has
82 * compat in its compatible list
83 * @blob: A device tree blob
84 * @node: node to test
85 * @compat: compatible string to compare with compatible list.
86 *
87 * On match, returns a non-zero value with smaller values returned for more
88 * specific compatible values.
89 */
90 int of_fdt_is_compatible(const void *blob,
91 unsigned long node, const char *compat)
92 {
93 const char *cp;
94 int cplen;
95 unsigned long l, score = 0;
96
97 cp = fdt_getprop(blob, node, "compatible", &cplen);
98 if (cp == NULL)
99 return 0;
100 while (cplen > 0) {
101 score++;
102 if (of_compat_cmp(cp, compat, strlen(compat)) == 0)
103 return score;
104 l = strlen(cp) + 1;
105 cp += l;
106 cplen -= l;
107 }
108
109 return 0;
110 }
關於根節點的"compatible"屬性我們就說到這，一句話總結下就是內核通過"compatible"屬性找到對應的平台描述信息，按照范圍從小到大盡量匹配范圍最小的，如果匹配不到，那么說明內核不支持該平台，系統將在初始化的時候就出錯。
根節點還可能包含的屬性為#address-cells和#size-cells，規范中說明這兩個屬性是必須的，實際應用時是可選的，還記得屬性那一節說這兩個屬性如果沒有都是有默認值的，#address-cells默認值為2，#size-cells默認值為1。根節點下必須包含的子節點為cpus和memory，后邊會說明cpus下邊還有每個cpu的子節點，memory節點下邊定義的就是memory的起始地址及大小，所以根節點的#address-cells和#size-cells屬性實際上說明的就是從cpu角度看系統總線的地址長度和大小。
規范中還寫根節點下邊必須有一個epapr-version屬性用來描述設備樹的版本，實際上在linux中根本不用這個屬性。