3. 设备树基础

设备树（Device Tree，DT）是嵌入式 Linux 中用于描述硬件拓扑结构的数据结构，它替代了传统板级文件（board-*.c）中硬编码的硬件信息。在 USB 驱动移植中，设备树是连接 SoC 控制器与物理 USB 端口的关键桥梁。本章将系统讲解设备树的语法、核心节点与属性、标准属性含义以及 dts/dtsi 文件的组织方式。

3.1 设备树语法基础

设备树源文件（.dts）采用树形结构，以节点（node）和属性（property）描述硬件。每个节点代表一个硬件设备或总线，属性则描述设备的配置参数。

3.1.1 节点定义与层次结构

节点以 节点名@单元地址 的形式定义，通过花括号 { } 包含子节点。根节点是 /，所有设备都挂载在根节点下。

/dts-v1/;

/ {
    model = "Embedded USB Dev Board";
    compatible = "vendor,board-rev1";

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

    soc {
        compatible = "simple-bus";
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        ranges;

        usb_controller: usb@1c14000 {
            compatible = "vendor,usb-otg";
            reg = <0x01c14000 0x400>;
            interrupts = <0 39 4>;
            status = "disabled";
        };
    };
};

3.1.2 属性类型与写法

3.2 标准属性详解

设备树规范定义了一组标准属性，所有设备节点都应遵循。对于 USB 驱动移植，以下三个属性最为关键。

3.2.1 compatible —— 驱动匹配的钥匙

compatible 是设备树中最核心的属性，内核通过它查找对应的驱动程序。格式为 "厂商,设备型号"，按优先级从高到低排列。

// USB 控制器节点示例
usb@1c14000 {
    compatible = "vendor,usb-otg-v2", "vendor,usb-otg", "generic-usb";
    reg = <0x01c14000 0x400>;
    interrupts = <0 39 4>;
};

3.2.2 reg —— 地址与内存映射

reg 描述设备的寄存器地址空间，由 #address-cells 和 #size-cells 决定地址和长度的单元数。对于 32 位系统，通常各为 1。

3.2.3 interrupts —— 中断路由

interrupts 描述设备使用的中断号、触发类型等信息。其格式由 #interrupt-cells 在中断控制器节点中定义。

// 中断控制器定义（GIC）
gic: interrupt-controller@1c81000 {
    compatible = "arm,cortex-a7-gic";
    #interrupt-cells = <3>;
    interrupt-controller;
    reg = <0x01c81000 0x1000>;
};

// USB 设备引用中断
usb@1c14000 {
    interrupt-parent = <&gic>;   // 指定中断控制器
    interrupts = <0 39 4>;       // 类型 0(SPI), 中断号 39, 触发类型 4(高电平)
};

3.3 设备树文件组织：dts 与 dtsi

实际项目中，设备树文件按层次组织：.dtsi 文件存放 SoC 级通用定义，.dts 文件存放板级特定配置。这种分离避免了重复定义，便于维护。

3.3.1 文件层次结构

3.3.2 实际项目中的文件组织

以某 ARM 平台 USB 驱动移植为例，典型文件结构如下：

arch/arm/boot/dts/
├── soc.dtsi                    # SoC 级定义：USB 控制器、GIC、时钟
│   └── usb_otg: usb@1c14000 {
│           compatible = "vendor,usb-otg";
│           reg = <0x01c14000 0x400>;
│           interrupts = <0 39 4>;
│           status = "disabled";   // 默认关闭
│       };
├── board-common.dtsi           # 板级通用配置
│   └── &usb_otg {
│           status = "okay";      // 使能 USB 控制器
│           dr_mode = "otg";      // 双角色模式
│       };
└── my-board.dts                # 具体板卡配置
    └── #include "board-common.dtsi"
        &usb_otg {
            vbus-supply = <&reg_usb_vbus>;  // 板级特有：VBUS 电源
        };

3.4 USB 设备树节点实战解析

下面是一个完整的 USB OTG 控制器设备树节点，包含所有标准属性和 USB 特有属性。

usb_otg: usb@1c14000 {
    compatible = "vendor,usb-otg-v2", "vendor,usb-otg";
    reg = <0x01c14000 0x400>;
    interrupts = <0 39 4>;
    interrupt-parent = <&gic>;
    clocks = <&ccu CLK_USB_OTG>, <&ccu CLK_BUS_USB_OTG>;
    clock-names = "usb_otg", "bus_usb_otg";
    resets = <&ccu RST_USB_OTG>;
    reset-names = "usb_otg";
    phys = <&usbphy 0>;
    phy-names = "usb2-phy";
    dr_mode = "otg";           // 可选：host, peripheral, otg
    status = "disabled";
};

3.5 设备树编译与调试

设备树源文件需要通过 dtc（Device Tree Compiler）编译为二进制 .dtb 文件。内核启动时，bootloader 将 .dtb 传递给内核。

# 编译设备树
dtc -I dts -O dtb -o my-board.dtb my-board.dts

# 反编译查看
dtc -I dtb -O dts -o my-board.dts my-board.dtb

# 检查设备树是否被正确加载（内核启动后）
ls /proc/device-tree/
cat /proc/device-tree/model

3.6 本章小结

设备树是 USB 驱动移植的硬件描述基础。掌握节点语法、标准属性（compatible/reg/interrupts）以及 dts/dtsi 文件组织方式，是正确配置 USB 控制器的前提。在后续章节中，我们将基于本章知识，具体讲解如何为 USB 主机控制器、设备控制器和 PHY 编写设备树节点。