4. 设备树GPIO绑定：设备树语法基础、GPIO控制器节点、gpios属性、引脚复用配置

设备树（Device Tree）是嵌入式Linux中描述硬件拓扑的核心机制。对于GPIO驱动开发而言，设备树承担着“硬件描述语言”的角色——它告诉内核：哪个芯片负责GPIO控制、哪些引脚被用作输入/输出、中断触发方式是什么、引脚复用功能如何切换。本章从语法基础出发，逐步深入到GPIO控制器节点、gpios属性及引脚复用配置，为后续中断注册与驱动编写打下坚实的硬件描述基础。

4.1 设备树语法基础

设备树使用节点（node）和属性（property）来描述硬件。每个节点代表一个设备或总线，属性则描述设备的配置参数。以下是必须掌握的核心语法要素：

以下是一个典型的设备树片段，展示节点层级与属性写法：

/dts-v1/;

#include <dt-bindings/gpio/gpio.h>

/ {
    model = "Embedded GPIO Demo Board";
    compatible = "vendor,board-rev1";

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

        gpio0: gpio@ff710000 {
            compatible = "vendor,gpio-controller";
            reg = <0xff710000 0x1000>;
            gpio-controller;
            #gpio-cells = <2>;
            interrupts = <0 32 4>;
        };
    };
};

4.2 GPIO控制器节点

GPIO控制器节点是设备树中描述GPIO硬件模块的核心节点。它必须包含以下关键属性：

• gpio-controller; —— 标记该节点为GPIO控制器，是必须的布尔属性。
• #gpio-cells —— 指定引用GPIO时需要的参数个数，通常为2（引脚号+标志位）。
• compatible —— 匹配驱动字符串，如"vendor,gpio-controller"。
• reg —— 控制器寄存器基地址和地址范围。
• interrupts —— 控制器本身的中断号，用于支持引脚中断功能。

以下是一个完整的GPIO控制器节点示例，包含中断控制器功能：

gpio2: gpio@ff720000 {
    compatible = "vendor,gpio-controller";
    reg = <0xff720000 0x1000>;
    gpio-controller;
    #gpio-cells = <2>;
    interrupt-controller;
    #interrupt-cells = <2>;
    interrupts = <0 33 4>;
    clocks = <&clk_gate GPIO2_CLK>;
    ngpios = <32>;
};

4.3 gpios属性：如何引用GPIO引脚

当外设设备需要使用GPIO引脚时，通过gpios属性（或cs-gpios、reset-gpios等命名变体）引用GPIO控制器中的具体引脚。引用格式为：

gpios = <&gpio_controller pin_number flags>;

其中flags常用宏定义（定义在dt-bindings/gpio/gpio.h中）：

实际设备树中的使用示例：

#include <dt-bindings/gpio/gpio.h>

led-red {
    compatible = "gpio-leds";
    gpios = <&gpio0 12 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
    linux,default-trigger = "heartbeat";
};

button-reset {
    compatible = "gpio-keys";
    gpios = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    label = "reset_button";
    linux,code = <KEY_RESTART>;
};

4.4 引脚复用配置

引脚复用（Pin Mux）是嵌入式系统中常见的需求——同一个物理引脚可能被配置为GPIO、UART、I2C、SPI等功能。设备树通过pinctrl子系统描述引脚复用状态。核心概念包括：

• pinctrl-names —— 定义状态名称列表，如"default"、"sleep"、"active"。
• pinctrl-0、pinctrl-1 —— 对应每个状态的引脚配置句柄。
• pinmux节点 —— 在SoC设备树中预定义，描述引脚功能选择寄存器配置。

典型的引脚复用配置示例：

&uart1 {
    pinctrl-names = "default", "sleep";
    pinctrl-0 = <&uart1_tx_pins &uart1_rx_pins>;
    pinctrl-1 = <&uart1_sleep_pins>;
    status = "okay";
};

/* 在SoC dtsi中预定义的引脚组 */
uart1_tx_pins: uart1_tx_pins {
    pins = "GPIO1_12";
    function = "uart1_tx";
    bias-pull-up;
    drive-strength = <4>;
};

uart1_rx_pins: uart1_rx_pins {
    pins = "GPIO1_13";
    function = "uart1_rx";
    bias-pull-up;
};

4.5 综合案例：带中断的按键设备树配置

将以上知识点整合，展示一个完整的带中断功能的按键设备树配置：

#include <dt-bindings/gpio/gpio.h>
#include <dt-bindings/interrupt-controller/irq.h>

/ {
    gpio-keys {
        compatible = "gpio-keys";
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&key_pins>;

        button@0 {
            label = "USER_KEY";
            gpios = <&gpio0 15 GPIO_ACTIVE_LOW>;
            interrupts = <15 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;
            linux,code = <KEY_ENTER>;
            debounce-interval = <50>;
        };
    };
};

&pinctrl {
    key_pins: key_pins {
        pins = "GPIO0_15";
        function = "gpio";
        bias-pull-up;
        input-enable;
    };
};