一、加载Linux（有无设备树）

没有设备树的时候（以ARM架构为例）：

- 内核在源码里记录了所有硬件相关的信息（芯片型号、内存大小，各种控制器和外设等）；

- booloader只需要加载一个kernel image（例如uImage、zImage等），然后跳转到kernel image的起始地址就可以开始执行内核代码了。

- bootloader在加载kernel image前，会先准备好一些供内核使用的信息，这些信息被称为ATAGS，典型的ATAGS有：启动参数（command line）、内存大小、内存位置。bootloader在跳转到kernel image 前，会把ATAGS的地址放在r2寄存器里，内核启动时通过读r2寄存器获取ATAGS；因为ATAGS很重要（内存的起始地址和大小不确定的话内核寸步难行），内核必须尽早获取ATAGS。

- bootloader在加载kernel image前，会将单板型号（machine type，一个整型数）放在r1寄存器里，内核启动时获取到machine type integer，进而找到用于描述单板的struct machine_desc，struct machine_desc里包含了所有硬件信息：

- 以U-boot为例，U-boot加载内核的命令：bootm <kernel image addr>，没有设备树时加载内核的示意图如下：

为什么要引入设备树？

引入设备树前：

- 所有单板相关的硬件信息都是hard-coded，这导致内核必须收集单板所有的配置，每当有一点点非常小的改动时，就需要生成一个新的kernel image。例如产品里某个I2C设备是可插拔的，那么不管这个I2C设备是否存在，工程师们都会把该I2C设备的描述代码添加到内核中，这样的内核是臃肿的。

- 不同平台需要不同的Kernel image，各Linux发行版维护工作繁重。

引入设备树后：

- 对于芯片厂商:

不再需要编写machine support code(例如ARM架构的芯片的arch/arm/mach-*)，只需要关注在设备驱动的开发上，machine_desc由内核自动创建；

- 对于开发板定制商：

1) 适配更容易了，芯片厂提供的多份DTB配置里可能有一份可直接或者简单修改就运行在定制板上;

2) 不再需要为定制板分配一个全局的machine id，取而代之的是在设备树里添加 <vendor>,<boardname>；

3) 许多单板相关的配置都集中在设备树或者设备驱动里了，和machine代码隔离开；

有了设备树后（以ARM架构为例）：

- 内核源码里不再包含任何关于某个单板的硬件信息，每个单板的硬件信息都独立地保存在1个二进制文件里：device tree blob（简称DTB文件，一般以.dtb为后缀）。DTB文件由dts文件编译而来，ARM架构的单板的dts文件位于arch/arm/boot/dts

- bootloader启动内核时需要加载2个文件：kernel image和DTB文件。DTB文件的起始地址是通过r2寄存器传递给内核的，之前保存在ATAGS的里信息（command line、memory info）现在都直接包含在DTB文件里了。

- bootloader 不再需要传递machine type给内核了，但是并不是说内核里不再需要machine type integer和struct machine_desc。只是内核现在可以通过解析DTB的方式自行构造出出struct machine_desc，相关代码：

这里的__atags_pointer = r2寄存器 = dt_phys = DTB文件的地址。在没有设备树之前__atags_pointer是用来保存ATAGS的地址的，有了设备树之后，它能同时兼容ATAGS和DTB地址，这是因为 DTB 文件里有magic number（OF_DT_MAGIC），内核通过调用函数__vet_atags()来判断r2寄存器保存的是atags还是dtb的地址；

- 以U-boot为例，U-boot加载内核的命令：bootm <kernel image addr> - <dtb addr>，有设备树后加载内核的示意图如下：

DT booting的兼容模式（目的是为了兼容旧版本的booloader）

- 许多芯片的供货时长会有10年甚至以下，这些旧款芯片的BSP版本非常旧，例如Uboot-1.1.6 + Linux-2.6。而当你想改用新版本的内核（例如 Linux-4.14）又不想丢弃芯片厂商提供的功能齐全的U-boot时，Uboot-1.1.6 是否可以加载 Linux-4.14 的 kernel image 和 DTB 呢？答案是可以的。

- 内核提供了一种兼容机制：

CONFIG_ARM_APPENDED_DTB。该配置项会让内核从kernel image的末尾去寻找DTB，将kernel image和DTB拼接起来的命令如下：

$ cat zImage xxx.dtb > zImage-with-dtb

- 在CONFIG_ARM_APPENDED_DTB配置项之下，还有一个可选的配置项：CONFIG_ARM_ATAG_DTB_COMPAT。此配置项会让内核读取bootloader传递过来的ATAGS，然后更新到DT里。

- 如何判断你当前使用的U-boot是否支持加载DTB？

一般来说查看一下U-boot自带的帮助说明即可：

但是，很多芯片厂商的U-boot是定制过的，有可能没有使用U-boot里自带的标准命令来加载kernel image，这种情况就只能自行分析原厂添加的相关的代码，从源码里才能确定原厂的U-boot是否有加载DTB的能力，并且确定在加载DTB前是否改动过DTB。

二、设备树入门知识

什么是设备树？

设备树是一个易读的硬件描述文件，格式类似JSON，树状结构，树上的每一个node代表硬件描述里的一个 device。一个 node 会包含多个 properties，properties可以没有value（即只有key没有value，足够用来表示bool值），也可以是一对key-value，示意图如下：

设备树入门知识

- DTS 是 Device Tree Source 的缩写，对于ARM架构，DTS文件位于arch/arm/boot/dts，在该目录下，.dts文件用于定义板级的硬件信息，.dtsi文件用于定义芯片级的硬件信息，.dtsi文件会被.dts文件包含，以BeagleBone board的DTS为例：