📚 课程目录第4章内核模块基础

4. 内核模块基础

设备树（Device Tree）这东西，说白了就是一块「硬件描述板」。你告诉内核：我板子上接了哪些外设，地址是多少，中断挂在哪条线上。内核不再靠一堆硬编码的板级文件去猜，而是直接读设备树。

我在Tina Linux上最早碰设备树时，也觉得不就是个文本文件嘛。后来踩了几个坑才明白——设备树写错了，驱动根本 probe 不起来，连 log 都不给你留一句。嗯，咱们今天就把这块啃透。

4.1 设备树长什么样？——DTS 语法入门

设备树源文件（.dts）的语法非常直观。它用树形结构描述硬件，根节点是 /，下面挂 CPU、内存、总线、外设。每个节点用 node-name@unit-address 命名，花括号里放属性和子节点。

/dts-v1/;

/ {
    model = "Allwinner H3 Tina Board";
    compatible = "allwinner,sun8i-h3";

    chosen {
        stdout-path = &uart0;
    };

    memory@40000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x40000000 0x20000000>;
    };

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

        uart0: serial@1c28000 {
            compatible = "allwinner,sun8i-h3-uart";
            reg = <0x01c28000 0x400>;
            interrupts = <0 0 4>;
            status = "disabled";
        };
    };
};

你看，根节点下直接挂 chosen、memory、soc。每个节点用 标签:节点名@地址 的格式，标签（如 uart0）方便其他地方引用。

我的习惯：每个外设节点都加一个标签，哪怕当前没用到。后面要覆盖或引用时，直接 &标签就行，不用去翻路径。

4.2 节点与属性——设备树的「零件」

节点就是硬件模块，属性就是模块的参数。常用的属性有这些：

属性名	作用	示例
`compatible`	驱动匹配的关键字，内核靠它找驱动	`"allwinner,sun8i-h3-uart"`
`reg`	寄存器地址和长度	`<0x01c28000 0x400>`
`interrupts`	中断号、触发类型	`<0 0 4>`
`status`	设备状态：`okay` 或 `disabled`	`"okay"`
`clocks`	时钟源引用	`<&ccu CLK_UART0>`
`pinctrl-0`	引脚复用配置	`<&uart0_pins>`

这里有个关键点：compatible 的命名规则是 "厂商,芯片-外设"。内核的 of_match_table 就是拿这个字符串去匹配的。我见过有人把 compatible 写反了顺序，驱动死活不干活——查了两天才发现是字符串没对上。

4.3 reg 属性——地址怎么描述？

reg 描述设备的地址空间。格式是 reg = <地址1 长度1 地址2 长度2 ...>。地址和长度各占几个 cell（32位），由父节点的 #address-cells 和 #size-cells 决定。

// 父节点定义
soc {
    #address-cells = <1>;   // 地址用1个32位
    #size-cells    = <1>;   // 长度用1个32位

    uart0: serial@1c28000 {
        reg = <0x01c28000 0x400>;  // 基址0x01c28000，长度0x400
    };

    emac: ethernet@1c30000 {
        reg = <0x01c30000 0x1000>;
    };
};

我曾经踩过的坑：某次给 SPI 控制器配 reg，父节点 #address-cells=2，我却只写了 1 个地址值。编译不报错，但内核读到的地址完全错位。记住：地址和长度的 cell 数必须跟父节点定义一致。

4.4 interrupts 属性——中断怎么配？

中断描述比 reg 稍微复杂一点，因为它依赖中断控制器。常见格式：

interrupts = <中断类型 中断号 触发方式>;

在全志平台上，GIC（通用中断控制器）通常用 3 个 cell：

第一个 cell：0 表示 SPI（共享外设中断），1 表示 PPI（私有外设中断）
第二个 cell：中断号（从 32 开始偏移）
第三个 cell：触发类型——1 上升沿，4 高电平有效

uart0: serial@1c28000 {
    interrupts = <0 0 4>;
    // 解释：SPI类型，中断号32+0=32，高电平触发
};

gmac: ethernet@1c30000 {
    interrupts = <0 5 4>;
    // 解释：SPI类型，中断号32+5=37，高电平触发
};

你想想看，如果中断号写错了，驱动注册中断时要么冲突，要么根本收不到中断。我调试 GMAC 网卡时，就遇到过中断号偏移算错一位，结果收包中断一直不触发——查了半天的波形才发现是设备树写错了。

4.5 设备树在 Tina 中的位置

Tina Linux 的设备树文件放在 target/allwinner/<芯片系列>/ 目录下。以 H3 为例：

target/allwinner/h3/
├── config-4.9
├── linux/
│   └── linux-4.9/
│       └── arch/arm/boot/dts/
│           ├── sun8i-h3.dtsi          // SoC 级通用定义
│           ├── sun8i-h3-orangepi-pc.dts  // 具体板级
│           └── sun8i-h3-nanopi-m1.dts
└── board/
    └── h3_xxx/
        └── board.dts                  // 板级覆盖

这里有个重要的分层设计：

.dtsi 文件：SoC 级通用描述，所有同系列芯片共用。定义了 CPU、GIC、时钟、所有外设节点，但 status 默认设为 disabled。
.dts 文件：具体板级描述，通过 #include 包含 .dtsi，然后使能需要用到的外设，配置引脚、时钟等。
board.dts：Tina 特有的板级覆盖文件，编译时会跟 .dtsi 合并成最终的 .dtb。

  核心原则：不要修改 .dtsi 文件！你只需要在板级 .dts 或 board.dts 中用 &标签 去覆盖属性。这样换板子时，只换 .dts 就行，SoC 级定义完全复用。

4.6 知识结构总览

下面这张图把设备树的核心逻辑串起来了——从 DTS 源文件到内核驱动匹配，再到外设寄存器操作：

4.7 实战建议：从零开始写一个外设节点

假设你要在 H3 板子上添加一个 I2C 触摸屏。步骤很简单：

找到 SoC 的 .dtsi，确认 I2C 控制器节点已经定义（通常 status = "disabled"）。
在板级 .dts 中使能：&i2c0 { status = "okay"; };
在 I2C 节点下挂子节点：触摸屏作为 I2C 从设备，用 reg 指定地址。
配置中断和引脚：触摸屏的 INT 脚接到哪个 GPIO，就在 pinctrl 里配好。

// 在 board.dts 中添加
&i2c0 {
    status = "okay";
    clock-frequency = <400000>;

    touchscreen@38 {
        compatible = "goodix,gt911";
        reg = <0x38>;                 // I2C 从设备地址
        interrupt-parent = <&pio>;    // 中断父节点为 GPIO 控制器
        interrupts = <1 5 2>;         // PH5，下降沿触发
        irq-gpios = <&pio 1 5 GPIO_ACTIVE_LOW>;
        reset-gpios = <&pio 1 4 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    };
};

我的建议：写完设备树后，先 make dtbs 编译，再用 dtc -I dtb -O dts xxx.dtb 反编译看看最终生成的设备树对不对。这一步能发现很多 include 和覆盖的问题。

设备树这东西，初看觉得啰嗦，用熟了会发现它让驱动开发变得特别干净。你换板子时，改改 .dts 就行，驱动代码一行都不用动。嗯，这就是设备树的魅力。