📚 课程目录第1章设备树基础概念

1. 设备树基础概念

1.1 什么是设备树（Device Tree）

设备树（Device Tree，DT）是一种描述硬件资源的数据结构，它使用树形节点（Node）和属性（Property）来向操作系统内核传递板级硬件信息。设备树源文件（.dts）经过设备树编译器（DTC）编译为二进制设备树块（.dtb），在系统启动时由引导加载程序传递给内核。

  核心定义：设备树是一个硬件描述文件，它告诉内核“这块板子上有哪些设备、它们挂接在哪个总线上、使用什么资源（中断、地址、时钟等）”，从而让内核无需硬编码板级信息。

一个典型的设备树节点结构如下：

/dts-v1/;

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

    cpus {
        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a8";
            reg = <0x0>;
        };
    };

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

    &i2c0 {
        status = "okay";
        clock-frequency = <100000>;

        eeprom@50 {
            compatible = "atmel,24c32";
            reg = <0x50>;
            pagesize = <32>;
        };
    };
};

关键语法：每个节点以 节点名@地址 标识，compatible 属性是驱动匹配的核心字段，reg 描述地址/中断等资源，status 控制设备启用/禁用。

1.2 为什么需要设备树

在设备树出现之前，Linux 内核使用大量的板级文件（board-*.c）来硬编码硬件信息。这种做法在 ARM 架构中导致了严重的代码膨胀和维护灾难。设备树的引入解决了以下核心问题：

对比维度	传统板级文件方式	设备树方式
硬件描述位置	硬编码在 `arch/arm/mach-/board-.c`	独立 `.dts` 文件，与内核源码分离
内核维护负担	每块新板子都要修改内核源码，重新编译	只需编写新的 `.dts` 文件，内核无需改动
多平台支持	一个内核镜像只能支持少数板子	同一内核镜像通过更换 `.dtb` 支持不同硬件
驱动与硬件解耦	驱动直接引用板级宏定义	驱动通过 `compatible` 匹配，资源从设备树获取
社区接受度	ARM 社区强烈反对，维护成本高	Linux 主线强制要求，所有新平台必须使用

重要里程碑：自 Linux 3.x 起，ARM 架构强制要求使用设备树。PowerPC、RISC-V、x86（ACPI 之外）等架构也广泛采用。设备树已成为嵌入式 Linux 硬件描述的事实标准。

1.3 设备树与平台设备（Platform Device）的关系

平台设备（Platform Device）是 Linux 内核中用于表示“非可枚举总线设备”的抽象层。设备树与平台设备的关系可以概括为：设备树是硬件描述源，平台设备是内核中的运行时对象。设备树节点在系统启动时被内核解析，并自动创建对应的平台设备。

整个流程分为三个关键阶段：

设备树解析阶段：内核启动早期，unflatten_device_tree() 将 .dtb 展开为 device_node 树结构。
平台设备创建阶段：of_platform_populate() 遍历设备树节点，为每个 compatible 属性匹配的节点创建 platform_device。
驱动匹配阶段：平台总线（platform bus）根据 platform_device 的 name 或 compatible 与 platform_driver 进行匹配，调用 probe() 函数。

  核心结论：设备树节点 → 平台设备（platform_device）→ 平台驱动（platform_driver）→ probe() 执行。设备树是“图纸”，平台设备是“零件”，平台驱动是“装配工”。

下表总结了设备树节点与平台设备之间的映射关系：

设备树元素	平台设备对应	说明
`compatible = "vendor,device"`	`platform_device.name` / `driver.of_match_table`	驱动匹配的核心标识，优先级最高
`reg = <addr size>`	`platform_device.resource[]` (IORESOURCE_MEM)	内存地址范围，驱动通过 `platform_get_resource()` 获取
`interrupts = <num>`	`platform_device.resource[]` (IORESOURCE_IRQ)	中断号，驱动通过 `platform_get_irq()` 获取
`status = "okay" / "disabled"`	设备是否注册到平台总线	`disabled` 节点不会创建平台设备
自定义属性（如 `clock-frequency`）	通过 `of_property_read_*()` 在 probe 中读取	驱动使用设备树 API 获取自定义配置

重要区分：并非所有设备树节点都创建平台设备。挂接在 SPI 总线下的子节点创建 spi_device，挂接在 I2C 总线下的子节点创建 i2c_client。平台设备主要用于“内存映射型”设备（如 GPIO 控制器、时钟控制器、DMA 控制器等）。本课程后续章节将详细讲解 SPI 和 I2C 设备节点的编写方法。