4. 设备树（Device Tree）基础：设备树起源、dts/dtsi/dt.yaml文件格式、节点与属性、reg/status/compatible等标准属性

4.1 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）被硬编码在 arch/arm/plat-xxx 和 arch/arm/mach-xxx 目录下的 C 语言板文件中。这种“代码即配置”的方式导致每次硬件变更都需要重新编译内核，且不同架构的板文件难以复用，形成了严重的“板文件爆炸”问题。

设备树（Device Tree，DT）是一种描述硬件资源的数据结构，它将硬件拓扑、寄存器地址、中断、时钟、DMA 等参数从内核源码中剥离，以树形文本文件的形式独立存在。引导加载程序（如 U-Boot）将设备树二进制（DTB）传递给内核，内核解析后动态创建平台设备，实现了“同一内核镜像支持多款硬件”的目标。

4.2 dts / dtsi / dt.yaml 文件格式

设备树源文件使用三种格式协同工作，下表总结了它们的用途与编译关系：

一个典型的 .dts 文件结构如下：

// SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 OR MIT
/dts-v1/;

#include "imx6ull.dtsi"          // 引用 SoC 级 .dtsi

/ {
    model = "Embedded Device Tree Demo Board";
    compatible = "vendor,imx6ull-demo", "fsl,imx6ull";

    chosen {
        stdout-path = &uart1;
    };

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

    &i2c1 {                              // 引用 .dtsi 中定义的 i2c1 节点
        clock-frequency = <100000>;
        status = "okay";

        touch@38 {
            compatible = "edt,edt-ft5406";
            reg = <0x38>;
            irq-gpios = <&gpio1 9 GPIO_ACTIVE_LOW>;
        };
    };
};

4.3 节点与属性

设备树的核心概念是“节点”（node）和“属性”（property）。每个节点代表一个硬件设备或总线，属性描述该设备的配置参数。

4.3.1 节点命名规则

• 节点名称：格式为 name@unit-address，例如 i2c@021a0000。其中 name 是通用设备名（如 i2c、spi、serial），unit-address 是设备在父总线上的地址（通常是寄存器基址或 I2C 从机地址）。
• 标签（label）：可选别名，用于在 .dts 中通过 &label 引用节点，例如 i2c1: i2c@021a0000。
• 根节点：用 / 表示，是设备树的顶层容器。

4.3.2 属性类型与写法

4.4 标准属性详解

设备树规范定义了一组标准属性，所有设备节点都应遵循这些属性的语义。以下是最核心的三个属性：

4.4.1 compatible —— 驱动匹配的关键

compatible 属性是设备树与驱动之间建立关联的桥梁。内核通过 of_match_table 中的 compatible 字符串与设备树节点的 compatible 值进行匹配，匹配成功则调用驱动的 probe() 函数。

• 格式："厂商,设备型号"，例如 "fsl,imx6ull-i2c"。
• 优先级：列表中的第一个字符串最精确，后续字符串作为兼容降级。内核优先匹配最精确的字符串。
• 驱动侧对应：在 of_device_id 表中声明：

static const struct of_device_id imx_i2c_of_match[] = {
    { .compatible = "fsl,imx6ull-i2c", .data = &imx6ull_i2c_hw },
    { .compatible = "fsl,imx6q-i2c",   .data = &imx6q_i2c_hw },
    { /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, imx_i2c_of_match);

4.4.2 reg —— 地址与大小描述

reg 属性描述设备在总线上的地址空间。其格式为 <address1 length1 address2 length2 ...>，每个地址-长度对称为一个“reg 单元”。

4.4.3 status —— 设备启用状态

status 属性控制设备节点是否被内核启用。常用值如下：

在 .dtsi 中，SoC 级节点通常默认 status = "disabled"，板级 .dts 中再通过 &i2c1 { status = "okay"; } 显式启用。这种设计避免了未使用的 IP 核占用资源。

4.4.4 其他常用标准属性

4.5 设备树编译与反编译

设备树编译器（dtc）是处理 .dts/.dtsi 文件的工具。常用命令如下：

# 编译 .dts 为 .dtb
dtc -I dts -O dtb -o myboard.dtb myboard.dts

# 反编译 .dtb 为 .dts（调试用）
dtc -I dtb -O dts -o myboard_decompiled.dts myboard.dtb

# 检查设备树语法
dtc -I dts -O dtb -o /dev/null myboard.dts 2>&1

# 使用 YAML schema 验证（需要 dt-validate）
dt-validate -s /path/to/schemas myboard.dtb

4.6 本章小结

• 设备树将硬件描述从内核代码中分离，解决了板文件泛滥和内核镜像多平台兼容问题。
• .dts 是板级源文件，.dtsi 是 SoC 级包含文件，.dt.yaml 是校验 schema。
• 节点通过 name@unit-address 命名，属性使用键值对描述硬件参数。
• compatible 是驱动匹配的核心，reg 描述地址空间，status 控制设备启用状态。
• 掌握 dtc 编译/反编译命令和 /proc/device-tree 调试接口是设备树开发的基本功。