3. Linux内核启动流程：从Bootloader到内核初始化，设备树的作用位置

理解设备树在Linux内核启动流程中的精确作用位置，是进行DTS优化的前提。设备树并非在启动一开始就被使用，而是在特定阶段由Bootloader传递给内核，并在内核初始化过程中被解析和消费。本章将拆解从Bootloader到内核完成初始化的完整链路，明确设备树在每个环节的角色与数据流向。

3.1 启动流程总览：三个阶段与设备树的交接

典型的嵌入式Linux启动分为三个阶段：Bootloader阶段、内核解压与早期初始化阶段、内核核心初始化阶段。设备树在这三个阶段中的存在形式和作用各不相同。

3.2 Bootloader阶段：设备树的加载与传递

Bootloader（如U-Boot、TF-A+UEFI）是设备树的第一个消费者。它负责将DTB从存储介质（Flash、eMMC、网络）加载到内存中，并在跳转到内核之前，将DTB的物理地址通过特定寄存器（如ARM64的x0寄存器）传递给内核。

3.2.1 U-Boot中的设备树处理流程

3.2.2 chosen节点：Bootloader与内核的通信桥梁

chosen节点是设备树中一个特殊的虚拟节点，它不描述任何硬件，而是用于Bootloader向内核传递运行时参数。常见的属性包括：

• bootargs：内核命令行参数，如console、root、init等。
• stdout-path：指定早期控制台输出设备。
• initrd-start / initrd-end：初始RAM磁盘的内存地址范围。

// 典型的chosen节点示例
chosen {
    bootargs = "console=ttyAMA0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw";
    stdout-path = "serial0:115200n8";
    initrd-start = <0x84000000>;
    initrd-end = <0x86000000>;
};

3.3 内核早期初始化阶段：设备树的首次扫描

当内核接收到Bootloader传递的DTB地址后，在解压完成并建立早期页表后，会立即进入设备树的早期扫描流程。这一阶段发生在内存管理、中断管理、定时器初始化之前，因此只能使用固定映射地址访问DTB。

3.3.1 早期扫描的关键函数调用链

start_kernel()
  └─ setup_arch()
       └─ setup_machine_fdt(__fdt_pointer)  // 接收DTB地址
            ├─ early_init_dt_scan()          // 扫描根节点
            │    ├─ early_init_dt_scan_nodes()
            │    │    ├─ early_init_dt_scan_chosen()   // 解析chosen节点
            │    │    ├─ early_init_dt_scan_root()     // 获取#address-cells/#size-cells
            │    │    └─ early_init_dt_scan_memory()   // 扫描memory节点
            └─ of_scan_flat_dt()             // 遍历所有节点，调用回调函数

3.3.2 早期扫描阶段解析的内容

3.4 内核核心初始化阶段：设备树的全面展开

当内存管理、中断控制器、定时器等基础子系统初始化完成后，内核进入核心初始化阶段。此时，设备树从扁平的二进制DTB格式被展开为一棵由struct device_node构成的树形结构，驱动模型开始全面运作。

3.4.1 unflatten_device_tree()：从DTB到device_node树

这是设备树处理的核心函数。它将DTB中的节点、属性、字符串表等扁平数据解析为内核可以遍历和操作的树形结构。

// 内核源码: drivers/of/fdt.c
void __init unflatten_device_tree(void)
{
    // 1. 分配内存用于存储device_node结构
    // 2. 遍历DTB，为每个节点创建struct device_node
    // 3. 建立父子、兄弟节点链表关系
    // 4. 将属性转换为struct property结构
    // 5. 设置of_root全局指针指向根节点
    of_root = unflatten_dt_nodes(NULL, initial_boot_params, NULL, NULL);
    // 6. 更新CPU映射、中断域等依赖设备树的信息
    of_alias_scan();
    of_platform_device_create_all();
}

3.4.2 驱动匹配与probe()：设备树如何驱动硬件

设备树展开后，内核的驱动模型开始工作。每个设备节点都会触发驱动匹配流程：

1. 设备注册：of_platform_populate()遍历设备树，为每个节点创建struct platform_device。
2. 驱动匹配：总线（platform bus）遍历已注册的驱动列表，通过of_match_table中的compatible字符串与设备节点的compatible属性进行匹配。
3. probe()执行：匹配成功后，调用驱动的probe()函数，驱动从设备树节点中读取reg、interrupts、clocks等资源，完成硬件初始化。

3.5 设备树作用位置总结：时间线与关键函数

3.6 本章小结：设备树位置对DTS优化的指导意义

• Bootloader阶段：DTB文件大小直接影响加载时间。精简DTS可以减小DTB体积，加速启动。
• 早期初始化阶段：memory节点配置错误会导致系统无法启动。优化时应确保memory节点准确无误。
• 核心初始化阶段：未使用外设的节点即使被disabled，也会消耗解析时间和内存。最佳实践是在DTS中直接删除这些节点。
• 驱动加载阶段：compatible字符串的匹配效率影响驱动加载速度。保持compatible属性的简洁和准确有助于加速匹配。