📚 课程目录第1章设备树基础回顾

1. 设备树基础回顾

设备树（Device Tree）是一种描述硬件资源的数据结构，它把原本固化在 Linux 内核源码中的硬件信息抽取为独立文本，使同一份内核镜像能适配不同硬件平台。在嵌入式 Linux 开发中，设备树是驱动工程师必须掌握的基础设施。

1.1 设备树文件体系

文件类型	扩展名	说明
设备树源文件	`.dts`	人类可读的硬件描述文本，由开发者编写
设备树头文件	`.dtsi`	可被 `.dts` 通过 `#include` 包含，用于 SoC 公共定义
设备树二进制	`.dtb`	由 DTC 编译器将 `.dts` 编译生成的二进制 blob
设备树 Overlay 源文件	`.dtso`	描述增量修改的源文件，编译为 `.dtbo`
设备树 Overlay 二进制	`.dtbo`	运行时动态加载的 overlay 片段

工程提示： 在 Linux 5.x 之后，Overlay 源文件推荐使用 .dtso 后缀，与普通 .dts 区分。DTC 编译器通过 -@ 选项生成带符号表的 .dtbo，这是动态加载的前提。

1.2 DTS 语法基础

设备树采用树形结构，根节点是 /，每个节点代表一个硬件设备或总线，节点内包含若干属性描述设备特征。

/dts-v1/;

/ {
    compatible = "acme,coyote-rev1";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;

    cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;

        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            reg = <0x0>;
            device_type = "cpu";
        };
    };

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x20000000>;
    };

    serial@101f1000 {
        compatible = "ns16550";
        reg = <0x101f1000 0x1000>;
        interrupts = <0x0 0x1c 0x4>;
        clock-frequency = <3686400>;
    };
};

1.3 节点命名与路径

每个节点由 节点名 和可选的 单元地址 组成，格式为 node-name@unit-address。单元地址通常与 reg 属性的首地址一致，用于区分同一层级下的多个同类型设备。

节点名：描述设备类型，如 serial、i2c、gpio。
单元地址：可选，当存在多个相同节点名时用于区分，如 cpu@0、cpu@1。
路径：从根节点到目标节点的全路径，如 /soc/i2c@7e804000/eeprom@50。
标签（Label）：为节点起别名，方便引用，如 uart0: serial@101f1000。

  关键规则： 同一父节点下，子节点的 node-name@unit-address 必须唯一。如果省略单元地址，则节点名本身必须唯一。

1.4 核心属性详解

1.4.1 compatible

设备驱动匹配的核心属性，格式为 "厂商,型号"。内核通过该属性查找对应的 platform_driver。推荐使用多个值，从最具体到最通用。

compatible = "ti,am335x-uart", "ns16550";

1.4.2 reg 与地址编码

reg 描述设备在总线上的地址空间，由 #address-cells 和 #size-cells 决定每个地址和长度的字长（32 位或 64 位）。

属性	含义	示例值
`#address-cells`	地址字段占用的 32 位单元数	`<1>` 表示 32 位地址
`#size-cells`	长度字段占用的 32 位单元数	`<1>` 表示 32 位长度
`reg`	地址 + 长度对，可包含多组	`<0x101f1000 0x1000>`

// 64 位地址示例
soc {
    #address-cells = <2>;
    #size-cells = <2>;

    dma@0x100000000 {
        reg = <0x1 0x00000000 0x0 0x100000>;
        // 地址: 0x1_00000000, 长度: 0x100000
    };
};

1.4.3 interrupts 与中断映射

interrupts 属性描述设备的中断号、触发类型等信息，其解释依赖于父节点的 #interrupt-cells。常见的中断控制器类型：

中断控制器	#interrupt-cells	中断描述格式
GIC（通用中断控制器）	3	`<中断类型中断号触发类型>`
简单中断控制器	1	`<中断号>`
TI 特定中断控制器	2	`<中断号触发类型>`

// GIC 中断示例：SPI 中断 28，上升沿触发
interrupts = <0x0 0x1c 0x4>;
// 字段说明：
//   0x0  – 中断类型：0=SPI（共享外设中断），1=PPI（私有外设中断）
//   0x1c – 中断号（28）
//   0x4  – 触发类型：1=上升沿，2=下降沿，4=高电平，8=低电平

常见错误： 中断号在设备树中通常从 0 开始编号，而芯片手册可能从 1 开始。务必核对 GIC 规范或 SoC 参考手册，否则中断无法正确路由。

1.5 设备树核心结构图

1.6 特殊属性与节点

属性/节点	作用	典型用法
`status`	控制设备启用状态	`"okay"` 启用，`"disabled"` 禁用
`phandle`	为节点分配唯一数字句柄	由 DTC 自动生成，用于跨节点引用
`aliases`	为节点路径定义短别名	`serial0 = &uart0;`
`chosen`	传递运行时参数（如启动参数）	`bootargs = "console=ttyS0,115200";`
`gpios`	描述 GPIO 引脚绑定	`<&gpio1 15 0>`

1.7 设备树 Overlay 的入口：& 引用语法

Overlay 的核心机制是通过 &label 引用基树中的节点，然后添加或覆盖属性。这种语法使得 Overlay 文件只描述增量修改，无需重复整个树结构。

// 基树中定义 uart0 节点
uart0: serial@101f1000 {
    compatible = "ns16550";
    reg = <0x101f1000 0x1000>;
    interrupts = <0x0 0x1c 0x4>;
    status = "disabled";
};

// Overlay 文件：启用 uart0 并添加 pinmux
/dts-v1/;
/plugin/;

&uart0 {
    status = "okay";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&uart0_pins>;
};

Overlay 工程要点： 基树编译时必须使用 -@ 选项生成符号表（__symbols__ 节点），Overlay 才能通过标签名找到目标节点。动态加载时，内核的 configfs 接口会校验符号解析是否成功。

1.8 本章小结

设备树是嵌入式 Linux 硬件描述的事实标准，掌握 DTS 语法、节点层次、reg 地址编码和 interrupts 中断映射是进行 Overlay 开发的前提。下一阶段我们将深入 Overlay 的编译、加载与运行时调试技术。