📚 课程目录第4章设备树基础概念

4、设备树基础概念：DTS/DTC/DTB的关系、节点与属性语法、reg与interrupts属性

设备树（Device Tree）这个概念，我刚开始接触时也觉得挺玄乎。说白了，它就是一套描述硬件信息的“说明书”。内核通过这份说明书，才知道你板子上接了哪些外设、内存多大、中断怎么连。

在没有设备树的年代，这些信息都硬编码在 arch/arm/mach-xxx 的板级文件里。每次换一颗芯片、改一个引脚，都得重新编译内核。你想想看，这多麻烦。设备树把硬件描述和内核代码解耦了，一套内核镜像，换不同的 .dtb 就能适配不同板子。

4.1 DTS / DTC / DTB 三者的关系

这三个缩写，我经常被新人问起。其实它们的关系很简单，就是“源文件 → 编译器 → 二进制产物”的链条。

缩写	全称	作用	类比
DTS	Device Tree Source	文本格式的硬件描述文件	.c 源文件
DTC	Device Tree Compiler	将 DTS 编译为 DTB 的工具	gcc 编译器
DTB	Device Tree Blob	二进制格式，Bootloader 传递给内核	.o / .elf 可执行文件

流程是这样的：你写一个 .dts 文件，然后用 dtc 工具把它编译成 .dtb。Bootloader（比如 U-Boot）在启动内核时，把 .dtb 的物理地址通过寄存器 r2 传给内核。内核解析这个二进制块，构建出设备树的内存结构。

我个人的习惯：调试阶段用 dtc -I dts -O dtb 手动编译，配合 fdtdump 反编译查看二进制内容。这样能快速定位是 dts 写错了，还是内核解析出了问题。

4.2 节点与属性语法

设备树的语法，其实比 C 语言简单多了。它就是一个树形结构，根节点是 /，下面挂各种子节点。每个节点可以有自己的属性和子节点。

我给大家看一个典型的例子：

/dts-v1/;

/ {
    compatible = "acme,coyote", "acme,board";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x20000000>;
    };

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

        serial@101f0000 {
            compatible = "ns16550";
            reg = <0x101f0000 0x1000>;
            interrupts = <1 0>;
            clock-frequency = <0x1e8480>;
        };

        gpio@101f3000 {
            compatible = "brcm,bcm2835-gpio";
            reg = <0x101f3000 0x20>;
            interrupts = <2 0>;
            gpio-controller;
            #gpio-cells = <2>;
        };
    };
};

这里有几个关键点，我挨个说一下：

节点命名：格式是 node-name@unit-address。@ 后面跟的是设备在总线上的地址，比如 memory@80000000 表示内存起始地址是 0x80000000。
属性值类型：字符串用双引号，32 位整数用 <> 括起来，64 位整数用 <0x0 0x12345678> 这种形式，字节数组用 []。
compatible 属性：这是最重要的属性。内核通过它来匹配驱动。格式是 "厂商,型号"。我建议第一个写具体的型号，第二个写兼容的通用型号。
#address-cells 和 #size-cells：这两个属性定义了 reg 属性中地址和长度占几个 32 位单元。1 表示 32 位，2 表示 64 位。

避坑指南：我曾经在一个项目里，把 #address-cells 写成了 2，但 reg 里只给了 32 位地址。结果内核解析出来的地址完全不对，设备死活不工作。查了两天才发现是这里的问题。记住：父子节点的 address-cells 和 size-cells 是独立的，子节点按父节点的定义来解析。

4.3 reg 属性详解

reg 属性描述设备在总线上的地址空间。它的格式是：reg = <地址1 长度1 地址2 长度2 ...>。每个地址和长度占几个 cell，由父节点的 #address-cells 和 #size-cells 决定。

举个例子：

// 32 位地址空间
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
reg = <0x101f0000 0x1000>;  // 基地址 0x101f0000，长度 4KB

// 64 位地址空间
#address-cells = <2>;
#size-cells = <2>;
reg = <0x0 0x80000000 0x0 0x20000000>;  // 基地址 0x80000000，长度 512MB

在驱动里，我们通过 platform_get_resource() 来获取 reg 信息。内核会自动处理地址转换，你拿到的是 CPU 视角的物理地址。

我遇到过的情况：有些 SoC 的片上外设挂在不同的总线桥上，比如 AHB 和 APB。每个总线桥有自己的地址映射。这时候 ranges 属性就派上用场了，它定义了子总线地址到父总线地址的映射关系。没有 ranges，内核就不知道如何转换地址。

4.4 interrupts 属性详解

中断属性描述设备使用的中断资源。它的格式和中断控制器有关。最常见的是 ARM GIC（Generic Interrupt Controller）的情况。

先看一个例子：

// 中断控制器节点
gic: interrupt-controller@f0001000 {
    compatible = "arm,cortex-a9-gic";
    #interrupt-cells = <3>;
    interrupt-controller;
    reg = <0xf0001000 0x1000>,
          <0xf0000100 0x100>;
};

// 使用中断的设备
serial@101f0000 {
    compatible = "ns16550";
    reg = <0x101f0000 0x1000>;
    interrupts = <0 33 4>;
    interrupt-parent = <&gic>;
};

对于 ARM GIC，每个中断用 3 个 cell 描述：

Cell	含义	取值
第 1 个	中断类型	0 = SPI（共享外设中断），1 = PPI（私有外设中断）
第 2 个	中断号	SPI 从 32 开始编号，PPI 从 16 开始
第 3 个	触发方式	1 = 上升沿，2 = 下降沿，4 = 高电平，8 = 低电平

嗯，这里要注意：SPI 的中断号在设备树里是从 0 开始编号的，但 GIC 内部 SPI 从 ID32 开始。所以设备树里写 33，实际对应 GIC 的 ID65。这个偏移量是硬件决定的，驱动里不用管，GIC 驱动会处理好。

我曾经踩过的坑：在一个项目中，我把中断触发方式写成了 1（上升沿触发），但实际硬件是电平触发。结果中断只触发了一次，后续的中断全部丢失。用 cat /proc/interrupts 一看，中断计数停在 1 不动了。改成 4（高电平触发）后一切正常。所以，一定要确认硬件的中断触发方式，不要想当然。

4.5 中断级联与 interrupt-map

复杂系统中，可能会有多个中断控制器级联。比如一个 SoC 有 GIC，外接的 PCIe 桥有自己的中断控制器。这时候就需要 interrupt-map 来做中断路由。

pcie@10000000 {
    compatible = "pci-host-ecam-generic";
    reg = <0x10000000 0x100000>;
    #address-cells = <3>;
    #size-cells = <2>;
    #interrupt-cells = <1>;
    interrupt-map-mask = <0xf800 0 0 7>;
    interrupt-map = <
        0x0000 0 0 1 &gic 0 123 4
        0x0000 0 0 2 &gic 0 124 4
        0x0000 0 0 3 &gic 0 125 4
        0x0000 0 0 4 &gic 0 126 4
    >;
};

interrupt-map 的每一行格式是：子中断描述 + &父中断控制器 + 父中断描述。内核在解析时，会先根据 interrupt-map-mask 做掩码匹配，然后找到对应的父中断。

说实话，interrupt-map 的语法有点绕。我个人的建议是：除非你在做 PCIe 或者复杂总线桥的驱动，否则一般用不到。大部分嵌入式设备，一个 GIC 就搞定了。

4.6 常用节点与属性速查

最后，我整理了一个常用属性和节点的速查表，方便大家写 dts 时参考：

属性/节点	用途	示例
compatible	驱动匹配	"ti,am335x-uart", "ns16550"
reg	地址空间	<0x48022000 0x2000>
interrupts	中断资源	<0 33 4>
interrupt-parent	指定中断控制器	<&gic>
clocks	时钟源	<&clk 0x123>
status	设备状态	"okay" / "disabled"
pinctrl-0	引脚复用配置	<&uart0_pins>
memory 节点	描述内存	memory@80000000
chosen 节点	启动参数	bootargs = "console=ttyO0,115200"

设备树的内容其实就这些核心概念。你只要理解了 DTS/DTC/DTB 的关系，掌握了节点和属性的基本语法，再搞清楚 reg 和 interrupts 这两个最常用的属性，大部分设备的描述都能写出来。剩下的就是多写多练，遇到问题用 dtc 反编译看看，或者加 printk 打印 of 函数的返回值，慢慢就熟练了。