2. 设备树节点与属性：详解节点(node)、属性(property)、标准属性(compatible、reg、interrupts等)的编写规范

设备树（Device Tree，DT）是描述硬件拓扑结构和配置信息的树形数据结构。在嵌入式Linux系统中，设备树是驱动与硬件解耦的核心桥梁。本章将深入解析设备树的节点与属性编写规范，帮助开发者掌握从硬件原理图到设备树源文件（.dts）的转换方法。

2.1 节点（Node）的层次结构与编写规范

设备树由一系列节点组成，每个节点代表一个硬件设备、总线或控制器。节点从根节点“/”开始，形成树状层次结构。

2.1.1 节点命名规则

节点名称由两部分组成：名称@地址。其中“地址”通常是设备在总线上的片选号、寄存器基地址或端口号，用于区分同一名称下的多个实例。

2.1.2 节点层次结构示例

以下是一个典型的设备树层次结构，展示了根节点、总线节点和设备节点的组织方式：

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

    chosen {
        stdout-path = &uart0;
    };

    ocp {
        compatible = "simple-bus";
        reg = <0x44e00000 0x200000>;

        uart0: serial@44e09000 {
            compatible = "ti,am3352-uart", "ns16550a";
            reg = <0x44e09000 0x2000>;
            interrupts = <72>;
            clock-frequency = <48000000>;
            status = "okay";
        };

        i2c0: i2c@44e0b000 {
            compatible = "ti,am3352-i2c", "ti,omap4-i2c";
            reg = <0x44e0b000 0x1000>;
            interrupts = <70>;
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <0>;
            status = "okay";

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

2.2 属性（Property）的类型与编写规范

属性是节点中存储的键值对，用于描述设备的特性。属性值可以是空、整数、字符串、字节数组或这些类型的组合。

2.2.1 属性值类型

2.3 标准属性详解

设备树规范定义了一组标准属性，这些属性在几乎所有设备节点中都会出现。掌握它们的编写规范是驱动调试的基础。

2.3.1 compatible 属性：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。它指定了设备与哪些驱动兼容，内核通过该属性查找匹配的驱动。

编写规范：

• 格式："厂商,型号"，厂商前缀小写，型号精确
• 优先级：最精确的兼容字符串放在最前面，通用兼容字符串放在后面
• 匹配机制：内核遍历兼容字符串列表，找到第一个匹配的驱动即停止

// 正确示例：精确到具体型号，再到通用型号
compatible = "ti,am3352-uart", "ti,omap3-uart", "ns16550a";

// 错误示例：缺少厂商前缀
compatible = "uart";  // 不推荐，可能导致命名冲突

// 错误示例：顺序颠倒
compatible = "ns16550a", "ti,am3352-uart";  // 可能匹配到不精确的驱动

2.3.2 reg 属性：描述地址空间

reg属性描述设备在总线上的地址范围，包括起始地址和长度。其解析依赖于父节点的#address-cells和#size-cells属性。

地址单元与大小单元：

// 32位地址空间示例
parent {
    #address-cells = <1>;  // 地址用1个32位单元
    #size-cells = <1>;     // 大小用1个32位单元

    device@44e09000 {
        reg = <0x44e09000 0x2000>;  // 起始地址0x44e09000，大小0x2000
    };
};

// 64位地址空间示例
parent {
    #address-cells = <2>;  // 地址用2个32位单元（64位）
    #size-cells = <2>;     // 大小用2个32位单元（64位）

    device@100000000 {
        reg = <0x1 0x00000000 0x0 0x100000>;  // 地址0x100000000，大小0x100000
    };
};

2.3.3 interrupts 属性：中断连接描述

interrupts属性描述设备使用的中断资源。它需要与interrupt-parent属性配合使用，后者指定中断控制器节点。

中断描述格式：

• 中断号：在中断控制器中的中断索引
• 中断触发类型：高电平、低电平、上升沿、下降沿等
• 中断类型标志：如IRQ_TYPE_EDGE_RISING、IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH

// 中断控制器定义
intc: interrupt-controller@48200000 {
    compatible = "ti,am33xx-intc";
    reg = <0x48200000 0x1000>;
    interrupt-controller;           // 声明本节点为中断控制器
    #interrupt-cells = <1>;         // 每个中断描述占用1个32位单元
};

// 设备使用中断
device@44e09000 {
    compatible = "ti,am3352-uart";
    reg = <0x44e09000 0x2000>;
    interrupt-parent = <&intc>;      // 引用中断控制器
    interrupts = <72>;              // 中断号72，默认触发类型
};

// 带触发类型的中断描述（#interrupt-cells = 2）
interrupts = <72 0x4>;  // 中断号72，触发类型0x4（高电平有效）

2.3.4 其他标准属性

2.4 节点与属性的高级编写技巧

2.4.1 标签与引用

标签（label）是设备树中实现节点引用的关键机制。通过标签，可以在多个位置引用同一个节点，避免重复定义。

// 定义标签
uart0: serial@44e09000 {
    compatible = "ti,am3352-uart";
    reg = <0x44e09000 0x2000>;
};

// 在其他位置引用
&uart0 {
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = &pinctrl_uart0_default;
    status = "okay";
};

2.4.2 包含文件与设备树继承

设备树使用#include指令实现文件包含，通常用于将SoC公共定义（.dtsi）与板级特定配置（.dts）分离。

// am335x-boneblack.dts
#include "am33xx.dtsi"           // 包含SoC级定义
#include "am335x-bone-common.dtsi" // 包含板级公共定义

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

    // 板级特定配置
    leds {
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = &user_leds_s0;

        led2 {
            label = "beaglebone:green:heartbeat";
            gpios = &gpio1 21 GPIO_ACTIVE_HIGH;
            linux,default-trigger = "heartbeat";
        };
    };
};

// 覆盖SoC级节点配置
&uart0 {
    status = "okay";
};

2.4.3 属性覆盖与追加

在设备树中，子节点可以覆盖父节点中定义的属性，也可以追加新的属性。这是实现板级定制的核心机制。

// 示例：覆盖与追加
// am33xx.dtsi 中定义
uart0: serial@44e09000 {
    compatible = "ti,am3352-uart";
    reg = <0x44e09000 0x2000>;
    interrupts = <72>;
    status = "disabled";  // SoC级默认禁用
};

// am335x-boneblack.dts 中覆盖
&uart0 {
    status = "okay";      // 板级启用
    pinctrl-names = "default";  // 追加属性
    pinctrl-0 = &pinctrl_uart0_default;
};

2.5 设备树编译与调试

编写完设备树源文件（.dts）后，需要编译为设备树二进制文件（.dtb）供内核使用。掌握编译和反编译工具是调试设备树问题的基本技能。

2.5.1 编译与反编译命令

# 编译 .dts 为 .dtb
dtc -I dts -O dtb -o output.dtb input.dts

# 反编译 .dtb 为 .dts
dtc -I dtb -O dts -o output.dts input.dtb

# 检查设备树语法
dtc -I dts -O dtb -o /dev/null input.dts  # 只检查语法，不生成文件

# 生成设备树符号表
dtc -I dts -O dtb -@ -o output.dtb input.dts  # -@ 生成符号表，支持插件

2.5.2 常见编译错误与解决方法