📚 课程目录第2章设备树基础

2. 设备树基础：设备树(DTS)语法入门、节点与属性、标准属性详解

设备树（Device Tree，DT）是嵌入式 Linux 驱动开发中描述硬件拓扑结构的核心机制。它将硬件配置信息从内核代码中剥离，以树形结构的数据格式传递给内核，实现“硬件描述”与“驱动代码”的解耦。本章将系统讲解设备树的语法、节点与属性，并深入剖析三个最核心的标准属性：compatible、reg 和 interrupts。

学习提示： 设备树是驱动工程师的“硬件地图”。掌握 DTS 语法和标准属性，是编写可移植、可维护驱动的第一步。建议在学习过程中对照实际开发板上的 DTS 文件进行练习。

2.1 设备树语法入门

设备树源文件（.dts）采用一种层次化的、人类可读的文本格式。其基本语法规则如下：

树形结构： 以根节点 / 开始，内部包含若干子节点，子节点下可继续嵌套子节点。
节点定义： 节点名 { 属性; 子节点; };
属性赋值： 属性名 = 值; 或 属性名;（空属性）。
标签（Label）： 用于引用节点，格式为 标签名: 节点名 { ... };。
包含文件： 使用 #include 引入 .dtsi 头文件，实现复用。

最小 DTS 示例：

/dts-v1/;

/ {
    model = "Example Board";
    compatible = "vendor,example-board";

    cpu@0 {
        device_type = "cpu";
        compatible = "arm,cortex-a9";
        reg = <0x0>;
    };

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x40000000>;  // 1GB RAM
    };

    uart0: serial@10000000 {
        compatible = "vendor,uart";
        reg = <0x10000000 0x1000>;
        interrupts = <0 33 4>;
    };
};

上述代码定义了一个包含 CPU、内存和 UART 外设的简单系统。每个节点代表一个硬件设备或总线，属性则描述其配置信息。

2.2 节点与属性详解

设备树的每个节点都代表一个设备、总线或控制器。节点通过属性来描述其硬件特征、资源需求和配置参数。

2.2.1 节点命名规范

通用格式： 节点名@单元地址，例如 serial@10000000。
单元地址： 通常为设备在总线上的起始地址，用于区分同一类型的不同实例。
特殊节点： aliases、chosen、cpus、memory 等具有特定语义。

2.2.2 属性类型与值格式

属性类型	值格式	示例	说明
字符串	`"string"`	`compatible = "vendor,device";`	用于标识设备兼容性
32位整数	`<value>`	`reg = <0x10000000 0x1000>;`	地址、长度、中断号等
64位整数	`<0x00000000 0x80000000>`	`reg = <0x00000000 0x80000000 0x00000000 0x40000000>;`	高32位在前，低32位在后
字节数组	`[byte1 byte2 ...]`	`local-mac-address = [00 11 22 33 44 55];`	MAC地址、UUID等
布尔值	仅属性名，无值	`status = "disabled";`	通过存在与否表示 true/false
字符串列表	`"str1", "str2"`	`clock-names = "uart_clk", "baud_clk";`	用于命名资源

常见错误： 忘记在整数列表中使用尖括号 <>，或字符串忘记加双引号。例如 reg = 0x10000000; 是错误的，必须写成 reg = <0x10000000>;。

2.3 标准属性详解

设备树规范定义了一系列标准属性，用于统一描述硬件资源。其中 compatible、reg 和 interrupts 是最基础、最常用的三个属性。

2.3.1 compatible 属性：驱动匹配的“身份证”

compatible 属性是设备树与驱动代码之间的桥梁。内核通过该属性查找并绑定对应的驱动程序。

格式： compatible = "厂商,设备型号"; 或 compatible = "通用型号", "厂商,设备型号";（降级兼容）。
匹配优先级： 内核优先匹配列表中的第一个字符串，失败后依次尝试后续字符串。
命名规范： 厂商名称为小写字母，设备型号为小写字母和数字，用逗号分隔。

驱动匹配示例：

// DTS 节点
uart0: serial@10000000 {
    compatible = "vendor,uart-v2", "vendor,uart";
    reg = <0x10000000 0x1000>;
    interrupts = <0 33 4>;
};

// 驱动代码 (of_match_table)
static const struct of_device_id uart_of_match[] = {
    { .compatible = "vendor,uart-v2", .data = &uart_v2_data },
    { .compatible = "vendor,uart",    .data = &uart_v1_data },
    { /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, uart_of_match);

当内核解析到 uart0 节点时，会先尝试匹配 vendor,uart-v2，若驱动不支持则回退到 vendor,uart。这种机制保证了硬件升级时驱动向后兼容。

2.3.2 reg 属性：描述设备地址空间

reg 属性用于描述设备在总线上的地址范围，包括起始地址和长度。它是驱动获取 MMIO 地址、DMA 区域等资源的关键。

格式： reg = <地址1 长度1 地址2 长度2 ...>;
地址单元： 由父节点的 #address-cells 指定，通常为 1（32位）或 2（64位）。
长度单元： 由父节点的 #size-cells 指定，通常为 1（32位）或 2（64位）。
多段地址： 一个设备可能拥有多个不连续的地址空间，如 FIFO 区域和配置寄存器区域。

reg 属性示例：

// 32位地址空间
soc {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;

    ethernet@20000000 {
        reg = <0x20000000 0x10000>;  // 起始 0x20000000，长度 0x10000
    };

    dma@30000000 {
        reg = <0x30000000 0x1000     // 配置寄存器
               0x40000000 0x2000>;   // DMA 描述符区域
    };
};

// 64位地址空间
bus@0 {
    #address-cells = <2>;
    #size-cells = <2>;

    memory@0 {
        reg = <0x00000000 0x80000000   // 高32位 低32位
               0x00000000 0x40000000>; // 长度 1GB
    };
};

驱动中通过 platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, index) 获取 reg 属性定义的地址资源，index 对应多段地址的序号（从0开始）。

2.3.3 interrupts 属性：连接中断控制器

interrupts 属性描述设备的中断请求线，包括中断号、触发类型等信息。它必须与中断控制器节点配合使用。

格式： interrupts = <中断控制器域中断号触发类型>;
中断控制器域： 通常为 0（GIC 中断）、1（PPI 中断）等，由中断控制器定义。
中断号： 在中断控制器域内的编号。
触发类型： 如 0（上升沿）、1（下降沿）、4（高电平）、8（低电平）等。
父中断控制器： 通过 interrupt-parent 属性指定，若未指定则继承父节点。

中断属性示例：

// 中断控制器定义
gic: interrupt-controller@f0001000 {
    compatible = "arm,cortex-a9-gic";
    #interrupt-cells = <3>;
    interrupt-controller;
    reg = <0xf0001000 0x1000>,
          <0xf0002000 0x100>;
};

// 使用中断的设备
uart0: serial@10000000 {
    compatible = "vendor,uart";
    reg = <0x10000000 0x1000>;
    interrupt-parent = <&gic>;      // 指定父中断控制器
    interrupts = <0 33 4>;          // 域0, 中断号33, 高电平触发
};

// 多个中断
dma@30000000 {
    compatible = "vendor,dma";
    reg = <0x30000000 0x1000>;
    interrupt-parent = <&gic>;
    interrupts = <0 40 4>,          // 传输完成中断
                 <0 41 4>;          // 错误中断
    interrupt-names = "tx_done", "error";  // 命名中断
};

驱动中通过 platform_get_irq(pdev, index) 获取中断号，index 对应 interrupts 列表中的序号。使用 interrupt-names 属性可以为中断命名，提高代码可读性。

2.4 标准属性对比总结

属性	作用	驱动获取方式	典型值示例
`compatible`	驱动匹配	`of_match_table`	`"vendor,device-v2", "vendor,device"`
`reg`	地址空间描述	`platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, index)`	`<0x10000000 0x1000>`
`interrupts`	中断请求描述	`platform_get_irq(pdev, index)`	`<0 33 4>`

实践建议： 在编写 DTS 文件时，始终遵循“一个节点一个设备”的原则。对于复杂设备，使用 reg 描述所有地址区域，使用 interrupts 描述所有中断线，并使用 interrupt-names 和 reg-names 提高可读性。这不仅能减少调试时间，还能让驱动代码更加健壮。