4. 设备树地址与中断映射

设备树的核心职责之一是描述硬件设备的地址空间和中断连接。本章深入解析地址编码、地址转换以及中断映射的完整机制，这是编写正确设备树源文件（.dts）和覆盖文件（.dtso）的必备知识。

4.1 reg属性与地址编码

reg 属性定义了设备在父总线上的地址范围。其格式由父节点的 #address-cells 和 #size-cells 属性决定。

• #address-cells：表示地址字段占用的 32 位整数个数（通常为 1 或 2）。
• #size-cells：表示长度字段占用的 32 位整数个数（通常为 1 或 2，0 表示无长度）。

reg 属性是一个数组，每个条目由 （地址，长度） 对组成。格式为：reg = <地址1 长度1 地址2 长度2 ...>。

// 示例：32位系统上的 UART 节点
soc {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    compatible = "simple-bus";

    uart0: serial@10000000 {
        compatible = "ns16550";
        reg = <0x10000000 0x1000>;  // 基址 0x10000000，大小 4KB
        interrupts = <0 33 4>;
    };
};

4.2 ranges属性与地址转换

ranges 属性定义了子地址空间到父地址空间的映射关系。它是设备树实现地址层级转换的核心机制。

• ranges 存在且非空：表示子地址可以转换为父地址。格式为：ranges = <子地址 父地址 长度>。
• ranges 为空（ranges;）：表示子地址与父地址是 1:1 直接映射。
• ranges 不存在：表示子地址空间与父地址空间隔离，子设备不能被 CPU 直接访问（如 PCIe 桥）。

// 示例：通过 ranges 将子地址 0x0 映射到父地址 0x20000000
bus@20000000 {
    compatible = "simple-bus";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    ranges = <0x0 0x20000000 0x100000>;  // 子地址0 → 父地址0x20000000，范围1MB

    ethernet@0 {
        reg = <0x0 0x1000>;  // 子地址 0x0，实际物理地址为 0x20000000
    };
};

4.3 interrupt-parent与interrupts属性

中断连接是设备树中除地址外的第二大关键描述。每个产生或消费中断的设备必须声明其中断连接关系。

• interrupt-parent：指定该设备的中断控制器父节点（phandle）。如果未指定，则继承父节点的中断父节点。
• interrupts：描述中断的编号、类型和触发方式。格式由中断控制器的 #interrupt-cells 决定。

// 完整的中断连接示例
gic: interrupt-controller@1e000000 {
    compatible = "arm,gic-v3";
    reg = <0x1e000000 0x10000>;
    interrupt-controller;
    #interrupt-cells = <3>;
};

uart0: serial@10000000 {
    compatible = "ns16550";
    reg = <0x10000000 0x1000>;
    interrupt-parent = <&gic>;          // 显式指定中断父节点
    interrupts = <0 33 4>;              // SPI 33, 高电平触发
};

4.4 中断控制器

中断控制器节点是设备树中负责管理中断路由和优先级的核心节点。它必须声明 interrupt-controller 属性以标识自身角色。

• interrupt-controller：空属性，标记该节点为中断控制器。
• #interrupt-cells：指定中断描述符所需的 32 位整数个数。
• interrupts：中断控制器自身可能连接到上一级中断控制器（级联场景）。

// 级联中断控制器示例
gic: interrupt-controller@1e000000 {
    compatible = "arm,gic-v3";
    reg = <0x1e000000 0x10000>;
    interrupt-controller;
    #interrupt-cells = <3>;
};

gpio0: gpio@10010000 {
    compatible = "brcm,bcm2835-gpio";
    reg = <0x10010000 0x1000>;
    interrupt-parent = <&gic>;
    interrupts = <0 45 4>;              // GPIO 控制器连接到 GIC
    interrupt-controller;                 // GPIO 自身也是中断控制器
    #interrupt-cells = <2>;              // 子设备使用 <引脚号 触发类型>
};

// 连接到 GPIO 的外设
keypad: keypad@0 {
    compatible = "gpio-keys";
    interrupt-parent = <&gpio0>;
    interrupts = <3 2>;                  // GPIO 引脚 3，下降沿触发
};

4.5 地址与中断映射实战要点

1. 地址对齐：reg 中的地址必须与父节点 ranges 定义的子地址空间一致，而非 CPU 物理地址。
2. 中断继承：子节点未指定 interrupt-parent 时，沿设备树向上查找第一个 interrupt-controller 节点。
3. overlay 注意事项：在 overlay 中新增节点时，若目标父节点使用 ranges，必须确保子节点 reg 地址在父节点地址范围内。
4. 中断类型编码：ARM GIC 使用 3 个 cell：中断类型（0=PPI, 1=SPI）、中断号、触发标志（4=高电平, 8=低电平, 1=上升沿, 2=下降沿）。