3. 设备树基础

设备树（Device Tree，DT）是嵌入式 Linux 系统中描述硬件拓扑与资源分配的核心数据结构。它替代了传统板级文件（board-*.c）中硬编码的硬件描述，实现了内核镜像与硬件配置的解耦。在功耗调优场景中，设备树是驱动获取电源域、时钟频率、中断唤醒能力等功耗相关参数的入口。本章将系统讲解设备树的语法结构、节点与属性定义，以及 reg、interrupts、clocks 等标准属性的使用规范。

3.1 设备树语法基础

设备树源文件（.dts）采用树形层级结构，以节点（node）和属性（property）为基本单元。每个节点代表一个硬件设备或总线，属性描述该设备的配置参数。

3.1.1 节点定义与层级

节点以 节点名@地址 的形式定义，地址部分通常对应设备在总线上的基地址或片选号。节点内可嵌套子节点，形成从根节点到具体外设的完整路径。

/dts-v1/;

/ {
    model = "Embedded Power Optimized Board";
    compatible = "vendor,board-rev1";

    cpu@0 {
        device_type = "cpu";
        reg = <0x00>;
        operating-points = <
            996000  1100000
            800000  1000000
            400000   900000
        >;
    };

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

        uart@10000000 {
            compatible = "vendor,uart-ip";
            reg = <0x10000000 0x1000>;
            interrupts = <0 33 4>;
            clocks = <&clk_uart 0>;
        };

        i2c@10001000 {
            compatible = "vendor,i2c-ctrl";
            reg = <0x10001000 0x1000>;
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <0>;

            pmic@3c {
                compatible = "vendor,pmic";
                reg = <0x3c>;
                regulators {
                    vcore: buck1 {
                        regulator-min-microvolt = <800000>;
                        regulator-max-microvolt = <1350000>;
                    };
                };
            };
        };
    };
};

3.1.2 设备树语法结构图

下图展示了设备树从根节点到具体外设的层级关系，以及节点与属性的对应结构：

3.2 节点与属性详解

3.2.1 节点命名与标签

3.2.2 属性类型与编码

设备树属性支持多种数据类型，驱动通过 of_property_read_* 系列 API 读取：

3.3 标准属性详解

3.3.1 reg 属性：地址空间描述

reg 属性定义设备在总线上的地址范围，由 #address-cells 和 #size-cells 决定每个地址和长度的单元数。对于功耗调优，reg 通常指向电源管理单元的寄存器基址。

// 32 位地址空间，1 个地址单元 + 1 个长度单元
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;

pmu@20000000 {
    reg = <0x20000000 0x1000>;  // 基址 0x20000000，长度 0x1000
};

// 64 位地址空间，2 个地址单元 + 2 个长度单元
#address-cells = <2>;
#size-cells = <2>;

dma@0x400000000 {
    reg = <0x00000004 0x00000000 0x0 0x1000>;  // 基址 0x400000000，长度 0x1000
};

3.3.2 interrupts 属性：中断资源描述

interrupts 属性描述设备的中断号、触发类型和中断域。中断控制器通过 interrupt-parent 属性关联。在功耗调优中，中断唤醒能力（如 IRQF_TRIGGER_LOW 电平唤醒）直接影响系统休眠功耗。

// 中断控制器定义
gic: interrupt-controller@10400000 {
    compatible = "arm,gic-v3";
    reg = <0x10400000 0x10000>;
    interrupt-controller;
    #interrupt-cells = <3>;  // 域、中断号、触发类型
};

// 外设使用中断
wakeup-timer@30000000 {
    compatible = "vendor,wake-timer";
    reg = <0x30000000 0x100>;
    interrupt-parent = <&gic>;
    interrupts = <0 89 8>;  // 域0, 中断号89, 低电平触发（唤醒源）
};

3.3.3 clocks 属性：时钟资源描述

clocks 属性通过 phandle 引用时钟控制器，并携带时钟 ID 或索引。时钟频率和门控状态直接影响设备动态功耗。驱动通过 clk_prepare_enable() 和 clk_disable_unprepare() 控制时钟开关。

// 时钟控制器定义
clk_uart: clock-controller@20001000 {
    compatible = "vendor,uart-clk";
    reg = <0x20001000 0x100>;
    #clock-cells = <1>;  // 1 个时钟 ID
    clocks = <&osc 0>;   // 父时钟为外部晶振
};

// UART 设备引用时钟
uart@10000000 {
    compatible = "vendor,uart-ip";
    reg = <0x10000000 0x1000>;
    interrupts = <0 33 4>;
    clocks = <&clk_uart 0>;  // 使用 clk_uart 的 0 号时钟输出
    clock-names = "baud";       // 驱动通过名称获取时钟
};

3.3.4 其他功耗相关标准属性

3.4 设备树在功耗调优中的协同机制

设备树为驱动提供了硬件功耗参数的静态描述，驱动在初始化阶段读取这些属性，动态调整功耗策略。下图展示了从设备树到驱动协同的功耗调优数据流：

3.5 设备树编译与调试

设备树源文件（.dts）通过 DTC（Device Tree Compiler）编译为二进制设备树 Blob（.dtb），内核在启动时解析 .dtb 构建设备树。调试设备树常用方法：

• 查看当前设备树： ls /sys/firmware/devicetree/base/ 可遍历内核中的设备树节点。
• 反编译 DTB： dtc -I dtb -O dts -o output.dts input.dtb 将二进制转换为可读的 DTS。
• 验证语法： dtc -I dts -O dtb -o /dev/null input.dts 仅检查语法错误。
• 驱动调试： 在驱动中添加 dev_info(dev, "clock rate: %lu\n", clk_get_rate(clk)); 确认时钟属性解析是否正确。