3. 设备树基础语法

设备树（Device Tree）是嵌入式Linux系统中用于描述硬件拓扑结构和资源配置的核心机制。它通过一种树形数据结构，将CPU、内存、外设、总线等硬件信息从内核源码中剥离出来，以数据驱动的方式实现硬件描述与驱动代码的解耦。本章将深入剖析设备树的文件格式、节点与属性的语法规则，以及关键标准属性的使用方法。

3.1 设备树文件格式：DTS / DTSI / DTB

设备树的开发流程涉及三种文件格式，它们分别对应源码、包含文件和编译后的二进制文件。理解这三者的关系是进行设备树开发的第一步。

下图展示了从源码到二进制文件的完整编译流程：

3.2 节点（Node）与属性（Property）

设备树的核心结构由节点和属性组成。节点表示硬件设备或总线，属性描述节点的特征和配置参数。

3.2.1 节点语法

每个节点以 节点名@地址 的形式定义，节点名应体现设备类型，地址通常为寄存器基地址或设备编号。节点可以嵌套，形成树形层次结构。

/dts-v1/;

/ {
    model = "Embedded Linux Board";
    compatible = "vendor,board-name";

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

    cpu@0 {
        device_type = "cpu";
        compatible = "arm,cortex-a7";
        reg = <0x0>;
    };

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x40000000>;
    };

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

        uart@10000000 {
            compatible = "vendor,uart";
            reg = <0x10000000 0x1000>;
            interrupts = <0 33 4>;
            status = "okay";
        };

        ethernet@20000000 {
            compatible = "vendor,gmac";
            reg = <0x20000000 0x2000>;
            interrupts = <0 45 4>;
            phy-mode = "rgmii";
            status = "disabled";
        };
    };
};

3.2.2 属性语法

属性是键值对，用于描述节点的具体参数。属性值支持多种数据类型：

3.3 标准属性详解

设备树规范定义了一组标准属性，它们是驱动与设备树绑定的核心接口。以下逐一解析最常用的四个标准属性。

3.3.1 compatible 属性

compatible 是设备树中最重要的属性，用于将设备节点与驱动程序进行匹配。其值为字符串列表，按优先级从高到低排列。

// 驱动匹配时，内核按顺序尝试匹配
compatible = "vendor,device-rev2", "vendor,device-rev1", "vendor,device";

// 驱动端 of_match_table 示例
static const struct of_device_id my_driver_of_match[] = {
    { .compatible = "vendor,device-rev2", },
    { .compatible = "vendor,device-rev1", },
    { /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_driver_of_match);

3.3.2 reg 属性

reg 属性描述设备的地址空间信息，包括寄存器基地址和地址范围长度。其格式由父节点的 #address-cells 和 #size-cells 决定。

3.3.3 interrupts 属性

interrupts 属性描述设备使用的中断资源。其格式依赖于中断控制器（interrupt-parent）的规范。

// 标准 ARM GIC 中断格式
// interrupts = <中断类型 中断号 触发方式>;
// 中断类型: 0=SPI(共享外设中断), 1=PPI(私有外设中断)
// 触发方式: 1=上升沿触发, 2=下降沿触发, 4=高电平触发, 8=低电平触发

uart@10000000 {
    compatible = "vendor,uart";
    reg = <0x10000000 0x1000>;
    interrupt-parent = <&gic>;  // 引用中断控制器
    interrupts = <0 33 4>;       // SPI 中断号33，高电平触发
};

3.3.4 status 属性

status 属性控制设备的启用状态，是设备树中实现硬件配置灵活性的关键属性。

// 在 .dtsi 中默认禁用，在 .dts 中启用
// soc.dtsi
uart1: uart@10001000 {
    compatible = "vendor,uart";
    reg = <0x10001000 0x1000>;
    status = "disabled";
};

// board.dts
#include "soc.dtsi"
&uart1 {
    status = "okay";
    pinctrl-0 = <&uart1_pins>;
};

3.4 设备树节点与属性的关系图

下图展示了设备树中根节点、子节点、属性以及标准属性之间的层次关系：

3.5 设备树编译与反编译实践

掌握 dtc 工具的使用是设备树开发的基本功。以下列出常用操作命令：

# 编译 .dts 为 .dtb
dtc -I dts -O dtb -o board.dtb board.dts

# 反编译 .dtb 为 .dts（调试用）
dtc -I dtb -O dts -o board_decompiled.dts board.dtb

# 检查 .dtb 文件是否有语法错误
dtc -I dtb -O dtb -o /dev/null board.dtb

# 生成设备树符号表（用于查看节点引用）
dtc -I dts -O dtb -o board.dtb board.dts -@

3.6 本章小结

设备树基础语法是嵌入式Linux驱动开发的必修课。通过本章学习，你应该掌握：

• 文件格式： .dts 源文件、.dtsi 包含文件、.dtb 二进制文件的角色与编译流程。
• 节点语法： 节点命名规则、层次结构、#address-cells 和 #size-cells 的地址空间定义。
• 属性语法： 字符串、整数、布尔值、字节数组等数据类型的表示方法。
• 标准属性： compatible 驱动匹配、reg 地址映射、interrupts 中断配置、status 设备启用的具体用法。

在下一阶段的网络驱动移植实践中，你将直接操作设备树节点，为网络控制器添加或修改 compatible、reg、interrupts 等属性，实现驱动与硬件信息的正确绑定。