ARM嵌入式Linux设备树驱动DTS编写实战工程 - 第2节

2. 设备树语法入门

设备树（Device Tree）是一种描述硬件资源的树形数据结构，它使用文本文件（.dts）来描述系统中所有可发现的硬件设备及其连接关系。DTS 文件是设备树的源文件，经过 DTC（Device Tree Compiler）编译后生成 DTB（Device Tree Blob）二进制文件，供内核在启动时解析。

2.1.1 DTS 文件的基本结构

一个典型的 DTS 文件由以下部分组成：

• 根节点（/）：设备树的起点，所有其他节点都是根节点的子节点或后代节点。
• 节点（node）：表示一个硬件设备或总线，每个节点可以有子节点和属性。
• 属性（property）：描述节点的特性，如寄存器地址、中断号、时钟频率等。
• 标签（label）：为节点或属性定义的别名，方便在其他地方引用。
• 引用（&）：通过标签引用节点，用于在多个文件中扩展或修改节点内容。

// 一个简单的 DTS 文件示例
/dts-v1/;

/ {
    model = "ARM Cortex-A9 开发板";
    compatible = "arm,cortex-a9";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x10000000>;  // 256MB 内存
    };

    chosen {
        bootargs = "console=ttyAMA0,115200 root=/dev/mmcblk0p2";
    };

    soc {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        ranges;

        uart0: serial@101f1000 {
            compatible = "arm,pl011";
            reg = <0x101f1000 0x1000>;
            interrupts = <0 5 4>;
            clock-frequency = <24000000>;
        };

        gpio0: gpio@101f2000 {
            compatible = "arm,pl061";
            reg = <0x101f2000 0x1000>;
            interrupts = <0 6 4>;
            gpio-controller;
            #gpio-cells = <2>;
        };
    };
};

2.1.2 设备树的层级结构

设备树的层级结构反映了硬件系统的拓扑关系。根节点代表整个系统，其子节点代表 SoC 内部的总线或功能模块，再下一级节点代表具体的设备实例。

2.2 节点（Node）与属性（Property）

2.2.1 节点的定义与命名规则

节点是设备树的基本组成单元，每个节点代表一个硬件设备、总线或功能模块。节点的定义格式如下：

[label:] node-name[@unit-address] {
    [property-list]
    [child-node-list]
};

2.2.2 标准属性详解

设备树规范定义了一系列标准属性，用于描述设备的通用特性：

2.2.3 属性值类型

设备树属性支持多种数据类型，每种类型有其特定的编码方式：

• 字符串（string）：用双引号括起来，如 compatible = "arm,pl011";
• 32位整数（u32）：用尖括号括起来，如 reg = <0x101f1000 0x1000>;
• 64位整数（u64）：用两个 u32 表示，如 reg = <0x00000000 0x80000000 0x00000000 0x10000000>;
• 字节数组（bytes）：用方括号括起来，如 local-mac-address = [00 11 22 33 44 55];
• 布尔值（boolean）：属性存在即为 true，如 gpio-controller;
• 混合类型：可以组合多种类型，如 interrupts = <0 5 4>;

// 属性值类型示例
/ {
    // 字符串
    compatible = "arm,cortex-a9";

    // 32位整数
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;

    // 字节数组
    mac-address = [00 11 22 33 44 55];

    // 布尔值
    gpio-controller;

    // 混合类型
    interrupts = <0 5 4>;
};

2.3 标签（Label）与引用（&）

2.3.1 标签的定义与作用

标签（label）是为节点或属性定义的别名，用于在其他地方方便地引用该节点。标签定义在节点名称之前，使用冒号分隔：

uart0: serial@101f1000 {
    compatible = "arm,pl011";
    reg = <0x101f1000 0x1000>;
    interrupts = <0 5 4>;
};

标签的主要作用包括：

• 简化引用：通过标签名引用节点，避免使用冗长的路径
• 节点扩展：在多个 .dtsi 文件中扩展同一个节点
• 跨文件引用：在包含多个文件的工程中引用其他文件定义的节点
• 覆盖属性：在 board 级别的 .dts 文件中覆盖 SoC 级别的默认配置

2.3.2 引用操作符 &

引用操作符 & 用于通过标签引用节点，实现对节点的扩展或修改。引用语法如下：

&label {
    property = <new-value>;
    child-node {
        ...
    };
};

引用操作符的典型应用场景：

// 引用操作符的完整示例
// soc.dtsi - SoC 级设备树
/ {
    soc {
        uart0: serial@101f1000 {
            compatible = "arm,pl011";
            reg = <0x101f1000 0x1000>;
            interrupts = <0 5 4>;
            status = "disabled";  // 默认禁用
        };
    };
};

// board.dts - 板级设备树
#include "soc.dtsi"

// 引用 uart0 节点，启用并配置时钟
&uart0 {
    status = "okay";
    clock-frequency = <24000000>;
};

2.3.3 标签与引用的工作流程

标签和引用在设备树编译过程中的工作流程如下：

2.4 实战案例：构建一个完整的设备树

下面通过一个完整的实战案例，综合运用节点、属性、标签和引用的知识：

// my-board.dts - 完整设备树示例
/dts-v1/;

#include "skeleton.dtsi"

/ {
    model = "My ARM Development Board";
    compatible = "my,board-v1", "arm,vexpress";

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x20000000>;  // 512MB
    };

    chosen {
        bootargs = "console=ttyAMA0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw";
    };

    soc {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        ranges;

        uart0: serial@101f1000 {
            compatible = "arm,pl011";
            reg = <0x101f1000 0x1000>;
            interrupts = <0 5 4>;
            clocks = <&clk_uart0>;
            status = "disabled";
        };

        uart1: serial@101f2000 {
            compatible = "arm,pl011";
            reg = <0x101f2000 0x1000>;
            interrupts = <0 6 4>;
            clocks = <&clk_uart1>;
            status = "disabled";
        };

        clk_uart0: clock@10000000 {
            compatible = "fixed-clock";
            #clock-cells = <0>;
            clock-frequency = <24000000>;
        };

        clk_uart1: clock@10000010 {
            compatible = "fixed-clock";
            #clock-cells = <0>;
            clock-frequency = <48000000>;
        };
    };
};

// 板级配置：启用 UART0，禁用 UART1
&uart0 {
    status = "okay";
};

&uart1 {
    status = "disabled";
};

2.5 本章小结