第4章 数据采集设备硬件模型：ADC、GPIO、SPI、I2C、UART在设备树中的抽象

做嵌入式这些年，我见过不少工程师拿着芯片手册直接写设备树，结果板子死活起不来。为什么？说白了，你没搞懂硬件在设备树里是怎么「翻译」的。

这一章，我们就来聊聊数据采集设备里最常见的五种外设——ADC、GPIO、SPI、I2C、UART。它们在设备树里各自长什么样？有哪些坑？我踩过的，你就别踩了。

4.1 整体框架：外设在设备树中的位置

先看一张图，你就明白这五个外设在设备树里是怎么组织的。

4.2 ADC：模拟信号的数字入口

ADC 是数据采集设备的核心。设备树里描述 ADC，主要关注三件事：分辨率、采样率、通道映射。

我个人习惯把 ADC 节点分成两类：芯片内置ADC 和 外部SPI/I2C ADC。内置ADC直接挂在SoC总线节点下，外部ADC则挂在对应的SPI或I2C总线上。

4.2.1 内置ADC节点示例

adc@ff110000 {
    compatible = "rockchip,rk3399-saradc";
    reg = <0x0 0xff110000 0x0 0x100>;
    interrupts = <GIC_SPI 62 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH 0>;
    clocks = <&cru SCLK_SARADC>, <&cru PCLK_SARADC>;
    clock-names = "saradc", "apb_pclk";
    #io-channel-cells = <1>;
    status = "okay";
};

这里有个细节：#io-channel-cells = <1> 表示这个ADC提供1个通道索引参数。你想想看，如果ADC有8个通道，驱动怎么知道你要用哪个？就是靠这个cell。

4.2.2 使用ADC通道的消费者节点

temperature-sensor {
    compatible = "some-thermistor";
    io-channels = <&adc 0>;  /* 使用ADC通道0 */
    temperature-threshold = <85000>;  /* 85度报警 */
};

4.3 GPIO：最灵活也最容易被忽略的外设

GPIO 在设备树里其实是个「控制器」。它不只是一个引脚，而是一组引脚的管理者。我见过有人把每个GPIO引脚都写成一个独立节点，那是错的。

4.3.1 GPIO控制器节点

gpio0: gpio@ff720000 {
    compatible = "rockchip,gpio-bank";
    reg = <0x0 0xff720000 0x0 0x100>;
    interrupts = <GIC_SPI 64 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    clocks = <&cru PCLK_GPIO0>;
    gpio-controller;
    #gpio-cells = <2>;
    interrupt-controller;
    #interrupt-cells = <2>;
};

注意 #gpio-cells = <2>。这两个cell分别代表：引脚编号和标志位。标志位用来控制是否上拉、是否开漏等。

4.3.2 在其它节点中引用GPIO

leds {
    compatible = "gpio-leds";
    status-led {
        label = "status";
        gpios = <&gpio0 RK_PA5 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        linux,default-trigger = "heartbeat";
    };
};

4.4 SPI：高速数据通道

SPI 在数据采集设备里通常用来接高速ADC、DAC或者显示屏。设备树里SPI节点的写法比较固定，但有个容易出错的地方——片选。

4.4.1 SPI控制器节点

spi0: spi@ff1c0000 {
    compatible = "rockchip,rk3399-spi", "rockchip,rk3066-spi";
    reg = <0x0 0xff1c0000 0x0 0x1000>;
    interrupts = <GIC_SPI 48 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    clocks = <&cru SCLK_SPI0>, <&cru PCLK_SPI0>;
    clock-names = "spiclk", "apb_pclk";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    status = "okay";

    spidev@0 {
        compatible = "rohm,dh2228fv";
        reg = <0>;  /* 片选0 */
        spi-max-frequency = <10000000>;
    };
};

这里 reg = <0> 表示这个设备挂在片选0上。如果还有第二个设备，就写 reg = <1>。嗯，这里要注意：片选编号和硬件连接必须一致，否则驱动会操作错误的设备。

4.5 I2C：传感器的最爱

I2C 在数据采集设备里太常见了。温度传感器、湿度传感器、气压计、加速度计……几乎全是I2C接口。设备树里I2C的写法比SPI更简单，但地址问题是个坑。

4.5.1 I2C控制器节点

i2c0: i2c@ff3c0000 {
    compatible = "rockchip,rk3399-i2c";
    reg = <0x0 0xff3c0000 0x0 0x1000>;
    interrupts = <GIC_SPI 57 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    clocks = <&cru SCLK_I2C0>, <&cru PCLK_I2C0>;
    clock-names = "i2c", "pclk";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    status = "okay";

    bme280@76 {
        compatible = "bosch,bme280";
        reg = <0x76>;  /* I2C地址 */
    };
};

I2C地址是7位的，但设备树里写的是左对齐后的地址。比如BME280的7位地址是0x76，写进去就是0x76。别搞错了。

4.6 UART：调试与通信的万能接口

UART 在数据采集设备里通常用来输出调试日志，或者接蓝牙模块、GPS模块。设备树里UART的配置相对简单，但流控和引脚复用容易出问题。

4.6.1 UART控制器节点

uart0: serial@ff180000 {
    compatible = "rockchip,rk3399-uart", "snps,dw-apb-uart";
    reg = <0x0 0xff180000 0x0 0x100>;
    interrupts = <GIC_SPI 55 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    clocks = <&cru SCLK_UART0>, <&cru PCLK_UART0>;
    clock-names = "baudclk", "apb_pclk";
    reg-shift = <2>;
    reg-io-width = <4>;
    status = "okay";
};

reg-shift 和 reg-io-width 这两个属性很多人会忽略。它们告诉驱动寄存器地址的步长和访问宽度。写错了，串口能注册成功，但收发数据全是乱的。

4.7 五种外设对比总结

为了方便你快速查阅，我把这五种外设在设备树中的关键属性整理成了一张表。

外设类型	关键compatible	地址cell数	子节点标识	常见坑点
ADC	rockchip,rk3399-saradc	1	io-channels引用	时钟频率超限导致采样抖动
GPIO	rockchip,gpio-bank	2	gpios属性引用	引脚编号与Bank映射错误
SPI	rockchip,rk3399-spi	1	reg指定片选	片选编号与硬件不匹配
I2C	rockchip,rk3399-i2c	1	reg指定地址	7位地址左对齐理解错误
UART	snps,dw-apb-uart	1	无子节点	reg-shift/reg-io-width配置错误

4.8 避坑指南：我踩过的五个雷

做数据采集设备这些年，我在设备树上栽过不少跟头。挑几个典型的说说，你遇到了能少走弯路。

1. 引脚复用没配——SPI的MISO没信号？先查pinctrl。很多芯片的引脚默认是GPIO模式，必须配成SPI功能才能用。
2. 中断类型写错——有的芯片用电平触发，有的用边沿触发。写错了，中断要么不触发，要么一直触发。我那次就是，按了按键，中断处理函数跑了100多次。
3. 时钟名字对不上——设备树里写的clock-names必须和驱动里clk_get查找的名字完全一致。大小写都不能错。我吃过这个亏，查了两天才发现是名字少了个下划线。
4. status忘写"okay"——节点配得再完美，不写status = "okay"，内核就不使能。默认是"disabled"。这个坑新手必踩。
5. 地址重叠——两个外设的reg地址范围重叠了，内核启动时会报错。检查地址要仔细，特别是用DTS宏定义的时候。