3. 设备树基础：设备树语法、节点属性、reg/interrupts/compatible属性详解

设备树（Device Tree）是一种描述硬件资源的数据结构，它使用节点（node）和属性（property）来描述系统中的设备、总线、中断控制器、内存映射等硬件信息。在嵌入式 Linux 系统中，设备树被传递给内核，内核通过解析设备树来发现硬件并加载对应的驱动程序。本章将深入讲解设备树的语法、节点结构以及三个核心属性：compatible、reg 和 interrupts。

3.1 设备树语法与节点结构

设备树源文件（.dts）采用树形结构，每个硬件设备或总线对应一个节点。节点可以包含子节点，形成层级关系。每个节点由节点名、节点路径和若干属性组成。

3.1.1 基本语法规则

• 节点定义：node-name@unit-address { ... };，其中 unit-address 通常为设备基地址。
• 属性赋值：property-name = <value>; 或 property-name = "string";。
• 标签（label）：用于引用节点，如 uart0: serial@10000000 { ... };。
• 包含文件：使用 #include 引入 .dtsi 头文件，实现复用。
• 注释：支持 C 风格 /* */ 和 C++ 风格 // 注释。

3.1.2 节点路径与别名

每个节点都有一个从根节点开始的绝对路径，例如 /soc/serial@10000000。根节点用 / 表示。别名（aliases）节点用于为常用设备分配简短名称，方便引用。

/ {
    aliases {
        serial0 = &uart0;
    };

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

3.1.3 设备树层级结构示例

下图展示了一个典型的 ARM SoC 设备树层级结构，包含根节点、CPU 节点、内存节点、中断控制器节点以及外设节点。

3.2 核心属性详解

设备树中每个节点都包含若干属性，用于描述设备的硬件特性。其中 compatible、reg 和 interrupts 是最核心的三个属性，它们直接决定了内核能否正确匹配驱动、访问硬件寄存器以及处理中断。

3.2.1 compatible 属性：驱动匹配的关键

compatible 属性是一个字符串列表，用于指定设备与驱动之间的匹配关系。内核通过设备树中的 compatible 值与驱动中 of_match_table 表进行比对，找到对应的驱动程序。

// 设备树节点
uart0: serial@10000000 {
    compatible = "ti,am3359-uart", "ns16550";
    reg = <0x10000000 0x1000>;
    interrupts = <0 33 4>;
};

// 内核驱动匹配表
static const struct of_device_id uart_of_match[] = {
    { .compatible = "ti,am3359-uart", .data = &am3359_data },
    { .compatible = "ns16550",        .data = &ns16550_data },
    { /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, uart_of_match);

3.2.2 reg 属性：描述地址空间

reg 属性用于描述设备在系统总线上的地址范围，通常包含一个或多个地址/长度对。内核通过 reg 属性获取设备的基地址和内存区域大小，并调用 ioremap() 映射到内核虚拟地址空间。

// 父节点定义地址格式
soc {
    #address-cells = <1>;   // 地址用 1 个 32 位单元表示
    #size-cells    = <1>;   // 长度用 1 个 32 位单元表示

    uart0: serial@10000000 {
        reg = <0x10000000 0x1000>;  // 基地址 0x10000000，长度 0x1000
    };

    uart1: serial@10001000 {
        reg = <0x10001000 0x1000>;
    };
};

// 内核驱动中读取 reg 属性
static int uart_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct resource *res;
    void __iomem *base;

    res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
    if (!res)
        return -ENXIO;

    base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);
    if (IS_ERR(base))
        return PTR_ERR(base);

    // 使用 base 访问硬件寄存器
    return 0;
}

3.2.3 interrupts 属性：中断资源描述

interrupts 属性用于描述设备使用的中断资源，包括中断号、触发类型等。中断控制器节点通过 #interrupt-cells 属性定义每个中断描述需要多少个 32 位单元。设备节点通过 interrupt-parent 属性指定所属的中断控制器。

// 中断控制器节点（GIC）
gic: interrupt-controller@1c800000 {
    compatible = "arm,cortex-a9-gic";
    #interrupt-cells = <3>;   // 每个中断用 3 个单元描述
    interrupt-controller;      // 标记该节点为中断控制器
    reg = <0x1c800000 0x1000>;
};

// 外设节点引用中断
uart0: serial@10000000 {
    compatible = "ti,am3359-uart";
    reg = <0x10000000 0x1000>;
    interrupt-parent = <&gic>;   // 指定中断控制器
    interrupts = <0 33 4>;        // 中断类型 0（SPI），中断号 33，触发类型 4（高电平触发）
};

// 内核驱动中获取中断号
static int uart_probe(struct platform_device *pdev)
{
    int irq;

    irq = platform_get_irq(pdev, 0);
    if (irq < 0)
        return irq;

    // 注册中断处理函数
    ret = devm_request_irq(&pdev->dev, irq, uart_isr, 0, "uart", dev);
    if (ret)
        return ret;

    return 0;
}

3.3 属性组合与中断映射关系

在实际设备树中，compatible、reg 和 interrupts 三个属性通常同时出现，共同描述一个完整的硬件设备。中断映射关系通过 interrupt-parent 和 interrupts 属性建立，内核在解析设备树时会自动构建中断域（irq domain）映射表。

下图展示了设备节点、中断控制器与内核驱动之间的数据流关系：

3.4 常见问题与调试技巧

3.5 本章小结

设备树是嵌入式 Linux 系统中硬件描述的核心机制。本章详细讲解了设备树的语法结构、节点定义方式以及 compatible、reg、interrupts 三个核心属性的使用方法和内核匹配流程。掌握这些基础知识后，你将能够阅读和编写设备树文件，为后续的中断控制器驱动开发和调试打下坚实基础。