📚 课程目录第3章设备树（Device Tree）基础

3. 设备树（Device Tree）基础：设备树的作用、dts/dtsi/dtb文件格式、节点与属性

3.1 设备树的作用

设备树（Device Tree，DT）是一种描述硬件资源的数据结构，用于将硬件配置信息从Linux内核源码中分离出来。在嵌入式Linux系统中，设备树是驱动开发者与硬件平台之间的“硬件配置契约”。

  核心作用： 设备树将“硬件是什么”与“驱动怎么用”解耦，使得同一份内核镜像可以支持多种硬件平台，无需重新编译内核。

设备树的主要作用包括：

硬件描述： 描述CPU、内存、外设（I2C、SPI、UART、GPIO、中断控制器等）的地址、中断、时钟、复位等资源。
驱动匹配： 提供 compatible 属性，供内核驱动通过 of_match_table 进行设备与驱动的匹配。
资源传递： 驱动通过设备树API（如 of_property_read_u32、irq_of_parse_and_map）获取硬件配置参数，避免硬编码。
平台无关化： 同一份内核镜像，通过更换不同的设备树文件（.dtb），即可适配不同硬件板卡。

3.2 dts / dtsi / dtb 文件格式

设备树涉及三种主要文件格式，它们在开发流程中扮演不同角色：

文件后缀	全称	作用	是否可编译	典型用途
`.dts`	Device Tree Source	设备树源文件，描述一个具体板卡的硬件	是（→ .dtb）	板级硬件描述，如 `imx6ull-evk.dts`
`.dtsi`	Device Tree Source Include	设备树头文件/包含文件，可被 .dts 或其它 .dtsi 包含	否（仅被包含）	SoC 公共定义、IP 核模板，如 `imx6ull.dtsi`
`.dtb`	Device Tree Blob	设备树二进制文件，由 .dts 编译生成，供 Bootloader 加载	否（已编译）	内核启动时由 Bootloader 传递给内核

开发习惯： 将 SoC 公共部分（如 CPU、中断控制器、时钟）放在 .dtsi 中，板级差异（如 GPIO 按键、LED、外设地址）放在 .dts 中。通过 #include 机制复用，避免重复定义。

编译流程：

# 将 .dts 编译为 .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

3.3 节点与属性

设备树的核心语法由 节点（Node） 和 属性（Property） 组成，采用树形层级结构描述硬件拓扑。

3.3.1 节点（Node）

节点是设备树的基本单元，每个节点代表一个硬件设备或总线。节点名称格式为 node-name@unit-address，其中 unit-address 通常为设备基地址。

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

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

        gpio0: gpio@2090000 {
            compatible = "fsl,imx6ul-gpio", "fsl,imx35-gpio";
            reg = <0x02090000 0x4000>;
            interrupts = <GIC_SPI 66 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
            gpio-controller;
            #gpio-cells = <2>;
        };
    };
};

节点关键概念：

根节点： / 是设备树的根，所有设备节点都是根节点的子节点。
标签（Label）： 如 gpio0:，用于在其它地方引用该节点（通过 &gpio0）。
节点路径： 如 /soc/gpio@2090000，唯一标识一个节点。
子节点： 节点可以嵌套，形成树形结构。

3.3.2 属性（Property）

属性是节点的键值对，用于描述设备的配置信息。常见属性类型如下：

属性名	类型	说明	示例
`compatible`	字符串列表	驱动匹配标识，格式为 "厂商,型号"	`"fsl,imx6ul-gpio"`
`reg`	u32/u64 数组	设备地址范围，格式为 (地址, 长度) 对	`<0x02090000 0x4000>`
`interrupts`	u32 数组	中断描述，格式依赖中断控制器	`<GIC_SPI 66 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>`
`interrupt-parent`	phandle	指定该设备连接的中断控制器	`&intc`
`gpio-controller`	空属性	标记该节点为 GPIO 控制器	无值
`#gpio-cells`	u32	GPIO 描述符需要的 cell 数量	`<2>`
`status`	字符串	设备状态：`"okay"` / `"disabled"`	`"okay"`
`clock-frequency`	u32	时钟频率（Hz）	`<24000000>`

注意： #address-cells 和 #size-cells 决定 reg 属性中地址和长度的 cell 数量。例如 #address-cells = <1> 表示地址占 1 个 u32（32位），#size-cells = <1> 表示长度占 1 个 u32。对于 64 位地址空间，应设置为 <2>。

3.3.3 节点与属性的树形结构

3.4 设备树中的中断描述

中断是设备树中最重要的资源之一。设备树通过 interrupts、interrupt-parent、interrupt-controller 等属性描述中断拓扑。

中断相关属性：

属性	作用	示例
`interrupt-controller`	空属性，标记该节点为中断控制器	`interrupt-controller;`
`#interrupt-cells`	指定中断描述符需要的 cell 数量	`#interrupt-cells = <3>`（GIC 格式）
`interrupt-parent`	指定该设备连接的中断控制器 phandle	`interrupt-parent = &intc;`
`interrupts`	中断号、触发类型等描述	`interrupts = <0 66 4>`

  GIC 中断 cell 格式（ARM 通用）：

  <中断类型 中断号 触发类型>

  中断类型： 0 = SPI（共享外设中断），1 = PPI（私有外设中断）
中断号： SPI 从 32 开始编号，如 SPI 66 表示中断号 66
触发类型： 1 = 上升沿触发，4 = 高电平触发

3.5 设备树在驱动中的使用流程

驱动开发者通过设备树 API 获取硬件配置，典型流程如下：

编写设备树节点： 在 .dts 中定义设备节点，填写 compatible、reg、interrupts 等属性。
编译设备树： 使用 dtc 将 .dts 编译为 .dtb。
驱动匹配： 驱动通过 of_match_table 与设备树节点的 compatible 属性匹配。
资源解析： 驱动使用 of_property_read_u32、irq_of_parse_and_map、of_iomap 等 API 读取设备树中的配置。
硬件操作： 驱动根据解析到的地址、中断号、GPIO 号等参数初始化硬件。

调试技巧： 在 Linux 内核启动后，可以通过 /proc/device-tree 查看当前使用的设备树内容。使用 dtc -I fs -O dts /proc/device-tree 可以导出当前设备树的 .dts 格式。