2. 设备树基础：设备树(DTS)语法、节点、属性、值的表示方法

设备树（Device Tree）是一种描述硬件资源的数据结构，它通过树形节点和属性将非可枚举的硬件细节传递给操作系统。在嵌入式 Linux 中，设备树源文件（.dts）经过编译生成设备树二进制（.dtb），由 Bootloader 加载并传递给内核。本章将系统讲解 DTS 的语法规则、节点结构、属性定义以及值的编码方式。

2.1 设备树文件结构

一个典型的设备树源文件由以下部分组成：

• 根节点：/，整个设备树的入口。
• 节点：表示一个硬件设备或总线，格式为 node-name@unit-address。
• 属性：键值对，描述设备的特性，如地址、中断、时钟等。
• 值：可以是空、32 位整数、64 位整数、字符串、字节数组或混合类型。

/dts-v1/;

/ {
    compatible = "acme,coyote's-revenge";

    cpus {
        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            reg = <0>;
        };
    };

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

    serial@101f1000 {
        compatible = "ns16550";
        reg = <0x101f1000 0x1000>;
        interrupts = <0 4>;
    };
};

2.2 节点命名与路径

节点名称由两部分组成：节点名和可选的 单元地址，中间用 @ 分隔。单元地址通常是对应设备的起始物理地址，用于区分同一层级下的多个相同类型节点。

节点路径使用 / 分隔，例如 /cpus/cpu@0 表示根节点下的 cpus 节点下的第一个 CPU。内核通过 of_find_node_by_path() 等 API 根据路径查找节点。

2.3 属性与值的表示

属性是设备树的核心信息载体，每个属性都有一个名称和对应的值。值的类型由编码方式决定，常见类型如下：

2.4 地址映射与 cells 规则

设备树使用 #address-cells 和 #size-cells 定义地址和长度的编码宽度。这两个属性在总线节点（如 /soc、/amba）中声明，影响其子节点的 reg 属性解析。

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

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

        serial@101f1000 {
            compatible = "ns16550";
            reg = <0x101f1000 0x1000>;
            interrupts = <0 4>;
        };
    };
};

上例中，#address-cells = <1> 表示地址用 1 个 32 位整数表示，#size-cells = <1> 表示长度也用 1 个 32 位整数。因此 reg = <0x101f1000 0x1000> 表示基址 0x101f1000，长度 0x1000 字节。

2.5 中断属性与连接

设备树通过 interrupts、interrupt-parent 和 interrupt-controller 描述中断拓扑。每个中断控制器节点需声明 interrupt-controller; 和 #interrupt-cells 属性。

/ {
    interrupt-parent = <&gic>;

    gic: interrupt-controller@10480000 {
        compatible = "arm,cortex-a9-gic";
        reg = <0x10480000 0x1000>;
        interrupt-controller;
        #interrupt-cells = <3>;
    };

    serial@101f1000 {
        compatible = "ns16550";
        reg = <0x101f1000 0x1000>;
        interrupts = <0 4 1>;  /* 类型 0，中断号 4，触发方式 1 */
    };
};

#interrupt-cells = <3> 表示每个中断描述符由 3 个 32 位整数组成：中断类型（SPI/P PI）、中断号、触发标志。子节点通过 interrupts 属性引用中断，interrupt-parent 指定所属的中断控制器。

2.6 设备树编译与反编译

设备树源文件（.dts）通过 Device Tree Compiler（dtc）编译为二进制文件（.dtb），也可从 .dtb 反编译为 .dts 用于调试。

2.7 设备树节点关系 SVG 图

下图展示了一个典型 ARM SoC 设备树的节点层级关系，包含根节点、CPU、内存、中断控制器和 UART 设备，并标注了关键属性。

2.8 设备树包含与宏

设备树支持 #include 预处理指令，可以引入头文件（.dtsi）或宏定义。这使得 SoC 厂商可以定义公用的设备树包含文件，板级文件只需包含并覆盖特定节点。

// imx6ul.dtsi (SoC 级)
#include "skeleton.dtsi"

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

        uart1: serial@02020000 {
            compatible = "fsl,imx6ul-uart", "fsl,imx21-uart";
            reg = <0x02020000 0x4000>;
            interrupts = <0 26 4>;
            status = "disabled";
        };
    };
};

// myboard.dts (板级)
#include "imx6ul.dtsi"

/ {
    model = "My i.MX6UL Board";
    compatible = "my,imx6ul-board", "fsl,imx6ul";

    &uart1 {
        status = "okay";
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&pinctrl_uart1>;
    };
};

2.9 本章小结

设备树是嵌入式 Linux 驱动开发的基础设施，掌握 DTS 语法、节点命名、属性编码和地址映射规则是编写正确设备树的前提。本章重点包括：

• 节点由 名称 和可选的 单元地址 组成，路径用 / 分隔。
• 属性值支持 整数、字符串、字节数组 和 混合类型，语法符号需严格匹配。
• #address-cells 和 #size-cells 决定 reg 属性的解析方式，是地址映射的核心。
• 中断拓扑通过 interrupt-controller、#interrupt-cells 和 interrupts 属性描述。
• 使用 #include 和节点引用实现 SoC 级与板级设备树的分层复用。