📚 课程目录第3章设备树（Device Tree）基础

驱动移植实战：外设内存映射与设备树适配方法详解 - 第3节

3.1 设备树的起源与设计动机

在早期的嵌入式 Linux 系统中，板级硬件信息（如内存基地址、中断号、GPIO 映射）被硬编码在 arch/arm/mach-xxx 下的 C 语言板文件中。每更换一款 SoC 或外设，就必须重新编译内核，导致内核源码中充斥着大量平台相关的“垃圾代码”。

为了解决这一痛点，PowerPC 社区率先引入了 设备树（Device Tree） 概念，随后被 ARM、RISC-V 等架构广泛采纳。设备树的核心思想是：将硬件描述从内核源码中剥离，以结构化文本形式独立存在，内核在启动时解析该描述动态生成设备节点。

  关键收益：同一份内核镜像可以支持多个硬件平台，只需更换设备树文件即可完成适配，极大降低了内核维护成本。

3.1.1 设备树在嵌入式系统中的位置

设备树位于 Bootloader（如 U-Boot）与 Linux 内核之间，充当硬件信息的“桥梁”。

3.2 DTS / DTC / DTB 文件格式

设备树涉及三种文件形态，理解它们的转换关系是入门的第一步。

文件类型	扩展名	格式	作用
DTS	`.dts`	文本（ASCII）	设备树源文件，开发者编写硬件描述
DTC	—	编译器工具	将 DTS 编译为 DTB
DTB	`.dtb`	二进制（FDT 格式）	内核启动时直接解析的二进制设备树
DTSI	`.dtsi`	文本（ASCII）	设备树包含文件，用于 SoC 级公共描述

3.2.1 编译流程

DTS 通过 DTC 工具编译为 DTB，也可以反编译 DTB 为 DTS 进行调试。

实战提示：在开发板上调试时，可以使用 dtc -I dtb -O dts -o dump.dts /sys/firmware/fdt 反编译当前运行的 DTB，快速验证设备树是否被正确加载。

3.3 设备树语法入门

设备树语法基于节点（node）和属性（property），采用树形层级结构描述硬件拓扑。以下是最核心的语法规则。

3.3.1 基本结构

一个完整的 DTS 文件包含一个根节点 /，其下挂载若干子节点，每个节点可以包含属性和子节点。

/dts-v1/;

/ {
    compatible = "vendor,board-name";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;

    cpu@0 {
        compatible = "arm,cortex-a7";
        reg = <0x00 0x100>;
    };

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

    uart0: serial@10000000 {
        compatible = "ns16550a";
        reg = <0x10000000 0x1000>;
        interrupts = <0 33 4>;
    };
};

3.3.2 节点命名规则

节点名称格式为 node-name@unit-address，其中 @unit-address 通常对应设备在总线上的起始地址。

示例	说明
`cpu@0`	CPU 核心 0，地址为 0
`serial@10000000`	串口外设，基地址 0x10000000
`i2c@20000000`	I2C 控制器，基地址 0x20000000

3.3.3 常用属性

compatible：驱动匹配的关键字符串，格式为 "厂商,设备型号"，内核通过该属性查找对应驱动。
reg：描述设备地址空间，格式为 <address length>，地址和长度由 #address-cells 和 #size-cells 决定。
interrupts：描述中断号、触发类型，格式依赖 interrupt-parent 和 #interrupt-cells。
status：设备状态，常用值 "okay"（启用）或 "disabled"（禁用）。

3.3.4 节点引用与标签

使用 标签名: 节点名@地址 定义标签，后续通过 &标签名 引用节点，实现追加或修改属性。

// 定义标签
uart0: serial@10000000 {
    compatible = "ns16550a";
    reg = <0x10000000 0x1000>;
    status = "disabled";
};

// 在其他地方引用并修改
&uart0 {
    status = "okay";
    clock-frequency = <24000000>;
};

常见错误：忘记在 DTS 文件头部声明 /dts-v1/;，会导致 DTC 编译失败。另外，reg 属性的地址和长度必须与 #address-cells / #size-cells 严格对齐，否则内核解析会出错。

3.4 设备树层级关系与地址映射

设备树的树形结构天然反映了 SoC 内部的总线拓扑。根节点代表整个板级系统，子节点代表挂载在总线上的外设。

3.5 设备树与驱动的绑定机制

内核通过 compatible 属性将设备树节点与驱动进行匹配。当驱动注册时，内核遍历设备树，查找 compatible 值匹配的节点，并调用驱动的 probe 函数。

3.5.1 匹配流程

内核启动时，解析 DTB 构建 device_node 树。
总线驱动（如 platform bus）扫描设备树，为每个节点创建 platform_device。
驱动注册时，内核比较驱动的 of_match_table 与节点的 compatible 值。
匹配成功则调用驱动的 probe 函数，并将设备树中的资源（reg、interrupts 等）传递给驱动。

// 驱动中的匹配表示例
static const struct of_device_id my_driver_of_match[] = {
    { .compatible = "vendor,my-device" },
    { /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_driver_of_match);

static struct platform_driver my_driver = {
    .probe  = my_probe,
    .remove = my_remove,
    .driver = {
        .name = "my_device",
        .of_match_table = my_driver_of_match,
    },
};
module_platform_driver(my_driver);

  核心要点：设备树中的 compatible 字符串必须与驱动中 of_match_table 的字符串完全一致（包括大小写和厂商前缀），否则驱动无法绑定。

3.6 本章小结

设备树是嵌入式 Linux 驱动开发中不可或缺的硬件描述语言。通过本章的学习，你应该掌握：

设备树解决了板级代码硬编码问题，实现了内核与硬件描述的分离。
DTS 是文本源文件，DTC 是编译器，DTB 是内核解析的二进制文件。
设备树语法以节点和属性为核心，compatible、reg、interrupts 是最常用的属性。
驱动通过 of_match_table 与设备树节点进行匹配绑定。