Linux platform驱动开发与设备树资源适配 - 第3节

3.1 设备树的起源与设计动机

在早期的 Linux 内核中，板级硬件描述信息（如内存基址、中断号、GPIO 映射）被直接硬编码在 arch/arm/mach-xxx 下的 C 代码中。这种“代码即配置”的方式导致每次更换硬件平台都需要重新编译内核，且不同厂商的代码高度耦合，难以维护。

设备树（Device Tree）正是为解决此问题而生。它由 PowerPC 架构率先采用，后被 ARM、RISC-V 等架构广泛接纳，成为描述硬件拓扑结构的标准机制。

3.2 DTS / DTC / DTB 文件格式

设备树体系由三种文件形态构成，分别对应人类可读的源文件、编译器、以及内核可解析的二进制文件。

3.3 设备树语法详解

3.3.1 节点（Node）

设备树的基本组成单元是节点，每个节点代表一个硬件设备或总线。节点采用树形层级结构，根节点为 /。

/dts-v1/;

/ {
    model = "TI AM335x BeagleBone Black";
    compatible = "ti,am335x-bone-black", "ti,am335x-bone", "ti,am33xx";

    cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a8";
            reg = <0x0>;
        };
    };

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x20000000>;  /* 512 MB */
    };

    uart0: serial@44e09000 {
        compatible = "ti,am3352-uart", "ti,omap3-uart";
        reg = <0x44e09000 0x2000>;
        interrupts = <72>;
        status = "okay";
    };
};

3.3.2 属性（Property）

属性是节点的键值对，用于描述设备的配置参数。常见属性类型如下：

3.3.3 标签（Label）与引用

标签为节点提供一个全局别名，方便在其他位置引用。标签定义在节点名之前，使用 : 分隔。

// 定义标签
uart0: serial@44e09000 {
    compatible = "ti,am3352-uart";
    reg = <0x44e09000 0x2000>;
    interrupts = <72>;
};

// 引用标签（追加属性）
&uart0 {
    pinctrl-0 = <&uart0_pins>;
    pinctrl-names = "default";
};

3.4 关键属性详解

3.4.1 compatible —— 驱动匹配的核心

compatible 是设备树中最重要的属性，它建立了硬件节点与内核驱动之间的桥梁。内核通过 of_match_table 匹配该属性。

// 设备树节点
i2c0: i2c@44e0b000 {
    compatible = "ti,am3352-i2c", "ti,omap4-i2c";
    reg = <0x44e0b000 0x1000>;
    interrupts = <70>;
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    status = "okay";
};

// 内核驱动匹配表
static const struct of_device_id i2c_omap_of_match[] = {
    { .compatible = "ti,omap4-i2c", },
    { .compatible = "ti,am3352-i2c", },
    { /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, i2c_omap_of_match);

3.4.2 reg —— 地址与内存映射

reg 属性描述设备的地址空间，由 #address-cells 和 #size-cells 决定每个地址和长度的单元数。

3.4.3 interrupts —— 中断描述

中断属性需要配合 interrupt-parent 和 #interrupt-cells 使用。典型的中断控制器（如 GIC）使用 3 个 cell：中断类型、中断号、触发方式。

// 中断控制器定义
gic: interrupt-controller@48241000 {
    compatible = "arm,cortex-a15-gic";
    #interrupt-cells = <3>;
    interrupt-controller;
    reg = <0x48241000 0x1000>;
};

// 外设节点引用中断
uart0: serial@44e09000 {
    compatible = "ti,am3352-uart";
    reg = <0x44e09000 0x2000>;
    interrupts = <0 72 4>;  // GIC_SPI 72 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH
    interrupt-parent = <&gic>;
};

3.5 设备树实战要点

• 复用 .dtsi： SoC 厂商提供 .dtsi 文件定义公共 IP 核，板级 .dts 通过 #include 引入并覆盖或追加属性。
• status 属性： 默认设为 "disabled"，板级文件中通过 &节点 { status = "okay"; }; 启用。
• pinctrl 绑定： 引脚复用通过 pinctrl-0 和 pinctrl-names 属性关联，引用 pin controller 节点中的配置。
• 编译验证： 使用 dtc -I dts -O dtb -o test.dtb test.dts 编译，用 dtc -I dtb -O dts test.dtb 反编译检查。