4、设备树地址映射：reg属性、ranges属性、dma-ranges属性、地址转换

地址映射，说白了就是让CPU能找到外设。你写驱动时，总得知道寄存器在哪吧？设备树里就是靠reg、ranges、dma-ranges这几个属性来描述的。我刚开始接触时也觉得绕，后来调过几个板子就明白了——其实核心就三件事：描述地址、转换地址、告诉DMA怎么走。

4.1 reg属性：描述设备占用的地址空间

reg是最基础的属性。它告诉内核：这个设备用哪段地址空间，长度是多少。格式很简单：reg = <地址长度, 地址长度, ...>。每个地址和长度，在32位系统里是1个cell（32位），在64位系统里是2个cell（64位）。

核心规则：reg中的地址和长度，其cell数量由父节点的#address-cells和#size-cells决定。

举个例子，一个UART控制器挂在内存总线上：

soc {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    
    uart@10000000 {
        compatible = "ns16550";
        reg = <0x10000000 0x1000>;
        interrupts = <33>;
    };
};

这里0x10000000是起始地址，0x1000是长度（4KB）。内核解析后，驱动就能通过platform_get_resource()拿到这段IO内存。

我的习惯：写reg时，长度尽量对齐页大小（4KB）。有些IP核只用了几个寄存器，但给整页映射能避免后续扩展时改设备树。

4.2 ranges属性：实现父子节点间的地址转换

这是很多人容易搞混的地方。ranges解决的是地址翻译问题——子节点看到的地址空间，和父节点看到的地址空间，往往不是一回事。

比如，一个PCIe控制器内部有独立的配置空间和IO空间，这些地址在CPU视角下可能被映射到不同的基地址。ranges就是做这个映射的。

格式：ranges = <子地址父地址长度, ...>

看个实际例子：

bus@20000000 {
    compatible = "simple-bus";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    ranges = <0x0 0x20000000 0x10000000>;
    
    ethernet@0 {
        reg = <0x0 0x10000>;
    };
};

这里ranges的意思是：子地址0x0映射到父地址0x20000000，映射长度0x10000000（256MB）。所以以太网控制器看到的reg = <0x0 0x10000>，实际物理地址是0x20000000 + 0x0 = 0x20000000。

我曾经踩过的坑：如果ranges属性为空（ranges;），表示父子地址空间是1:1映射。但如果父节点没有定义ranges，子节点的地址就无法被CPU直接访问。有一次我忘了给桥接总线加ranges，驱动ioremap死活不成功，查了两天才发现是设备树的问题。

4.3 dma-ranges属性：DMA地址转换

dma-ranges和ranges很像，但用途完全不同。ranges是给CPU访问外设用的，dma-ranges是给外设做DMA访问内存用的。

为什么需要这个？因为有些设备（比如老旧的32位DMA控制器）只能访问低32位地址空间，但系统内存可能超过4GB。或者，IOMMU/SMMU做了地址重映射，设备看到的DMA地址和物理地址不一致。

格式和ranges一样：dma-ranges = <设备地址父地址长度, ...>

举个例子：

pcie@40000000 {
    #address-cells = <3>;
    #size-cells = <2>;
    dma-ranges = <0x02000000 0x0 0x00000000 
                  0x0 0x80000000 
                  0x0 0x80000000>;
};

这个配置告诉PCIe设备：你的DMA地址0x00000000到0x7FFFFFFF，对应物理地址0x80000000到0xFFFFFFFF。说白了，就是把DMA地址空间整体偏移了2GB。

我建议：如果你的系统有IOMMU，dma-ranges可以简化驱动逻辑。驱动不需要知道物理内存布局，只管用设备看到的DMA地址就行，IOMMU会帮你做转换。

4.4 地址转换的完整流程

内核解析设备树地址时，会从子节点向上逐级查找ranges，直到根节点。这个过程叫地址翻译（address translation）。

我画了张图，帮你理清这个流程：

内核里，of_translate_address()函数就是干这个活的。它会从当前节点开始，向上遍历父节点，每遇到一个ranges就做一次偏移累加，直到根节点。最终得到的就是CPU能直接用的物理地址。

4.5 实战对比：三种属性的差异

属性	方向	典型场景	不配置的后果
`reg`	设备→CPU视角	描述设备自身寄存器地址	驱动无法访问硬件
`ranges`	子节点→父节点	桥接总线地址映射	子设备地址不可达
`dma-ranges`	设备→内存	DMA地址空间转换	DMA操作可能访问错误内存

特别注意：dma-ranges和ranges虽然格式一样，但内核处理它们的时机不同。ranges在of_translate_address()中处理，dma-ranges在of_dma_configure()中处理。别搞混了。

4.6 避坑指南

我这些年调过的板子，地址映射出问题的情况真不少。总结几个常见坑：

address-cells和size-cells不匹配：父节点和子节点必须一致，否则解析出来的地址全是错的。我见过有人父节点用<2>，子节点用<1>，结果地址被截断。
ranges长度不够：子设备地址范围超出了ranges定义的映射长度，内核不会报错，但访问时会挂掉。
dma-ranges忘记配置：64位系统上，如果DMA控制器只能访问32位地址，不配dma-ranges的话，DMA可能写到高地址内存去，数据损坏。
空ranges的含义：ranges;（空）表示1:1映射，但ranges不存在时，子地址完全不可翻译。这两个情况差别很大。

我的调试技巧：在驱动里加dev_info()打印res->start和res->end，对比设备树里的值。如果地址不对，八成是ranges解析出了问题。另外，/sys/firmware/devicetree/base/下可以查看解析后的设备树，非常方便。

地址映射这块，说白了就是搞清楚「谁看谁」的问题。CPU看外设用ranges，外设看内存用dma-ranges，设备自己用reg。理清这个关系，设备树地址部分就通了。

📚 课程目录

4、设备树地址映射：reg属性、ranges属性、dma-ranges属性、地址转换

4.1 reg属性：描述设备占用的地址空间

4.2 ranges属性：实现父子节点间的地址转换

4.3 dma-ranges属性：DMA地址转换

4.4 地址转换的完整流程

4.5 实战对比：三种属性的差异

4.6 避坑指南