4. 设备树基础

设备树这东西，说白了就是一块「硬件描述板」。你想想看，操作系统要跑起来，总得知道CPU有几个核、内存多大、外接了什么设备吧？传统做法是在内核里写死一堆板级代码，换一块板子就得重新编译。RISC-V这边更灵活——我们用设备树来描述硬件，内核启动时解析它，动态适配。

我在做RISC-V移植时遇到过这么个坑：设备树里一个中断号写错了，系统启动到一半就挂掉。查了两天才发现是设备树的问题。从那以后，我对设备树的每个字段都格外小心。

设备树的概念与作用

设备树（Device Tree）是一种描述硬件资源的数据结构。它把CPU、内存、总线、外设、中断控制器等信息，组织成一棵树形结构。内核在启动阶段读取这棵树，就知道该怎么初始化硬件了。

它的核心作用有三个：

• 硬件描述标准化：同一份内核镜像，换不同的设备树就能适配不同板卡
• 减少板级代码：不用在内核源码里塞一堆arch/arm/mach-xxx的文件夹
• 动态加载支持：U-Boot或OpenSBI可以在启动时修改设备树，比如调整内存大小

DTS与DTB文件格式

设备树有两种形态：源码和二进制。

格式	全称	特点	使用场景
DTS	Device Tree Source	文本文件，人类可读写	开发阶段编辑、维护
DTB	Device Tree Blob	二进制文件，机器可解析	启动时传递给内核
DTSI	Device Tree Source Include	公共片段，被DTS引用	SoC级通用描述

DTS到DTB的转换，靠的是dtc工具。我个人习惯在Makefile里加一条规则：

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

# 反编译（调试时很有用）
dtc -I dtb -O dts -o board.dts board.dtb

设备树节点与属性

设备树的每个节点代表一个硬件设备或总线。节点里用属性来描述具体参数。

一个典型的节点长这样：

/ {
    #address-cells = <2>;
    #size-cells = <2>;

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x0 0x80000000 0x0 0x40000000>;
    };

    soc {
        #address-cells = <2>;
        #size-cells = <2>;
        compatible = "simple-bus";
        ranges;

        uart@10000000 {
            compatible = "ns16550a";
            reg = <0x0 0x10000000 0x0 0x1000>;
            interrupts = <10>;
            interrupt-parent = <&plic>;
            clock-frequency = <3686400>;
        };
    };
};

这里有几个关键属性：

• compatible：驱动匹配的关键字，内核靠它找到对应的驱动
• reg：地址和长度，格式由#address-cells和#size-cells决定
• interrupts：中断号，具体含义依赖中断控制器
• interrupt-parent：指向中断控制器的phandle

RISC-V设备树特有属性

RISC-V的设备树有一些自己的规矩。我刚开始做RISC-V移植时，就被这些特有属性坑过几次。

CPU节点描述

RISC-V的CPU节点必须包含riscv,isa属性，用来描述指令集扩展：

cpu@0 {
    device_type = "cpu";
    reg = <0>;
    status = "okay";
    compatible = "riscv";
    riscv,isa = "rv64imafdc";
    mmu-type = "riscv,sv48";
    clock-frequency = <1000000000>;

    interrupt-controller {
        #interrupt-cells = <1>;
        interrupt-controller;
        compatible = "riscv,cpu-intc";
    };
};

riscv,isa里的字符串含义：

字符	含义	说明
I	整数指令	基础指令集，必须包含
M	乘除法	硬件乘除法支持
A	原子操作	LR/SC指令
F	单精度浮点	32位浮点运算
D	双精度浮点	64位浮点运算
C	压缩指令	16位指令编码

中断控制器（PLIC与CLINT）

RISC-V平台通常有两个中断控制器：

• CLINT：处理定时器和软件中断，挂在CPU的核间中断线上
• PLIC：处理外设中断，支持多级优先级

设备树里这样描述：

clint@2000000 {
    compatible = "riscv,clint0";
    reg = <0x0 0x2000000 0x0 0x10000>;
    interrupts-extended = <&cpu0 3 &cpu1 3>;
};

plic@c000000 {
    compatible = "riscv,plic0";
    reg = <0x0 0xc000000 0x0 0x4000000>;
    interrupts-extended = <&cpu0 11 &cpu1 11>;
    interrupt-controller;
    #interrupt-cells = <2>;
    riscv,ndev = <127>;
};

riscv,ndev这个属性很关键，它告诉PLIC最大支持多少个外设中断源。我见过有人把这个值设小了，结果高编号的中断根本收不到。

内存与地址映射

RISC-V设备树里，内存节点用device_type = "memory"标识。但要注意，如果有多段不连续的内存，需要多个memory节点：

memory@80000000 {
    device_type = "memory";
    reg = <0x0 0x80000000 0x0 0x40000000>;
};

memory@1000000000 {
    device_type = "memory";
    reg = <0x0 0x1000000000 0x0 0x40000000>;
};

知识结构总览

下面这张图把设备树的核心脉络串起来了：

从这张图能看出来，设备树就是一棵从根节点向下展开的树。每个节点挂载不同的硬件模块，节点里用属性描述具体参数。RISC-V特有的就是CPU的riscv,isa、PLIC的riscv,ndev这些属性，写的时候一个都不能少。