📚 课程目录第3章设备树语法入门

3. 设备树语法入门

设备树（Device Tree，DT）是一种描述硬件资源的数据结构，它使用树形层次结构将处理器、外设、中断、时钟、GPIO 等信息传递给操作系统内核。对于 UART 调试驱动的移植适配而言，掌握设备树的语法是第一步。本章将系统讲解设备树的四个核心语法要素：节点（node）、属性（property）、标签（label）和包含文件（#include）。

学习提示：设备树语法与 C 语言结构体类似，但更强调层次关系和地址映射。建议读者在阅读本章时，对照实际开发板上的 .dts 文件进行练习，效果更佳。

3.1 节点（node）——设备树的骨架

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或总线。节点以花括号 { } 包裹，内部可以包含属性或子节点。节点名称通常采用 名称@地址 的格式，其中地址部分为可选项，用于区分同一名称下的不同实例。

/dts-v1/;

/ {
    model = "Embedded UART Debug Board";
    compatible = "vendor,board-v1";

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

        uart0: serial@10000000 {
            compatible = "vendor,uart-ip";
            reg = <0x10000000 0x1000>;
            interrupts = <33>;
            status = "okay";
        };
    };
};

上述代码中，/ 是根节点，soc 是总线节点，serial@10000000 是 UART 设备节点。节点名称 serial@10000000 中的 10000000 表示该 UART 外设的基地址。

  节点命名规范：
  节点名称应使用小写字母、数字和连字符。
地址部分使用十六进制，不带 0x 前缀。
同一层级下节点名称必须唯一。

3.2 属性（property）——设备的特征描述

属性是附着在节点上的键值对，用于描述设备的硬件特征。属性值可以是字符串、整数、字节数组、字符串列表或 <u32> 数组。常见的属性类型如下表所示：

属性类型	语法格式	示例	说明
字符串	`"string"`	`compatible = "vendor,uart-ip";`	用于匹配驱动
32 位整数	`<value>`	`interrupts = <33>;`	中断号、时钟频率等
整数数组	`<val1 val2 ...>`	`reg = <0x10000000 0x1000>;`	地址和长度对
字节数组	`[hex bytes]`	`local-mac-address = [00 11 22 33 44 55];`	MAC 地址、UUID 等
字符串列表	`"str1", "str2"`	`compatible = "vendor,uart-ip", "simple-uart";`	多个兼容驱动
布尔值	仅属性名，无值	`dma-coherent;`	表示特性存在

常见错误：属性值中的逗号、分号、尖括号必须严格匹配。例如 reg = <0x10000000 0x1000> 末尾缺少分号会导致编译错误。另外，字符串必须使用双引号，整数数组使用尖括号。

在 UART 调试场景中，最关键的属性是 compatible、reg 和 interrupts。compatible 用于内核匹配驱动；reg 描述 UART 控制器的寄存器地址范围；interrupts 指定 UART 的中断号。

3.3 标签（label）——节点的引用别名

标签是设备树中为节点定义的别名，用于在设备树文件的其他位置引用该节点。标签定义在节点名称之前，使用冒号 : 分隔。标签的主要用途包括：

在设备树内部引用：通过 &label 语法引用节点，添加或覆盖属性。
在 C 语言头文件中引用：通过 #define 宏定义，将标签转换为可用的宏。
在 overlay 文件中使用：动态加载设备树片段时，通过标签定位目标节点。

// 定义标签
uart0: serial@10000000 {
    compatible = "vendor,uart-ip";
    reg = <0x10000000 0x1000>;
    interrupts = <33>;
    status = "okay";
};

// 在其他位置引用标签，添加属性
&uart0 {
    pinctrl-0 = <&uart0_pins>;
    pinctrl-names = "default";
    clock-frequency = <115200>;
};

标签的命名规则与 C 语言标识符类似：以字母或下划线开头，后跟字母、数字或下划线。建议使用有意义的名称，如 uart0、i2c1、spi2，便于维护。

  标签 vs 节点名称：
  节点名称用于在设备树中定位节点路径，如 /soc/serial@10000000。
标签用于在设备树源文件中快速引用节点，避免书写完整路径。
一个节点可以有多个标签，用空格分隔，如 uart0: serial0: serial@10000000。

3.4 包含文件（#include）——模块化与复用

设备树支持使用 C 语言预处理器指令 #include 来包含其他文件，实现代码复用和模块化设计。常见的包含文件类型包括：

文件类型	扩展名	用途	示例
设备树头文件	`.dtsi`	SoC 公共定义、外设模板	`#include "soc-common.dtsi"`
C 语言头文件	`.h`	宏定义、GPIO/中断号常量	`#include "uart-defines.h"`
其他设备树	`.dts`	板级覆盖、overlay 片段	`#include "base-board.dts"`

// uart-defines.h
#define UART0_BASE      0x10000000
#define UART0_SIZE      0x1000
#define UART0_IRQ       33

// board.dts
#include "soc-common.dtsi"
#include "uart-defines.h"

&uart0 {
    reg = <UART0_BASE UART0_SIZE>;
    interrupts = <UART0_IRQ>;
    status = "okay";
};

使用 #include 时，设备树编译器（DTC）会先调用 C 预处理器展开所有宏和包含文件，然后再进行设备树语法解析。这意味着你可以在 .h 文件中定义 #define 宏，在 .dts 文件中直接使用这些宏作为属性值。

最佳实践：

将 SoC 级公共定义放在 .dtsi 文件中，板级差异放在 .dts 文件中。
使用 .h 头文件统一管理地址、中断号等常量，避免硬编码。
包含文件路径使用双引号 "" 表示相对路径，使用尖括号 <> 表示系统搜索路径。

3.5 综合示例：UART 调试节点的完整写法

将上述四个语法要素综合起来，一个完整的 UART 调试设备树节点通常包含以下内容：

// uart-debug.dtsi
#include "uart-defines.h"

/ {
    model = "UART Debug Board";
    compatible = "vendor,debug-board-v1";

    chosen {
        stdout-path = &uart0;
    };

    uart0: serial@10000000 {
        compatible = "vendor,uart-ip", "ns16550a";
        reg = <UART0_BASE UART0_SIZE>;
        interrupts = <UART0_IRQ>;
        interrupt-parent = <&gic>;
        clock-frequency = <1843200>;
        current-speed = <115200>;
        reg-shift = <2>;
        reg-io-width = <4>;
        fifo-size = <16>;
        dmas = <&dma0 0 &dma0 1>;
        dma-names = "tx", "rx";
        pinctrl-0 = <&uart0_default_pins>;
        pinctrl-names = "default";
        status = "okay";
    };
};

  UART 调试节点关键属性说明：
  
        属性
        值示例
        作用
      
        compatible
        "vendor,uart-ip", "ns16550a"
        驱动匹配，优先使用第一个
      
        reg
        <0x10000000 0x1000>
        寄存器基地址和映射长度
      
        interrupts
        <33>
        UART 中断号
      
        clock-frequency
        <1843200>
        UART 输入时钟频率
      
        current-speed
        <115200>
        默认波特率
      
        reg-shift
        <2>
        寄存器地址偏移量（32 位对齐）
      
        fifo-size
        <16>
        硬件 FIFO 深度

属性	值示例	作用
`compatible`	`"vendor,uart-ip", "ns16550a"`	驱动匹配，优先使用第一个
`reg`	`<0x10000000 0x1000>`	寄存器基地址和映射长度
`interrupts`	`<33>`	UART 中断号
`clock-frequency`	`<1843200>`	UART 输入时钟频率
`current-speed`	`<115200>`	默认波特率
`reg-shift`	`<2>`	寄存器地址偏移量（32 位对齐）
`fifo-size`	`<16>`	硬件 FIFO 深度

通过本章的学习，读者应掌握设备树中节点、属性、标签和包含文件的基本写法。这些语法要素是后续进行 UART 调试驱动移植适配的基础。在实际项目中，建议从简单的 .dts 文件开始，逐步添加节点和属性，并使用 dtc -I dts -O dtb 命令验证语法正确性。