📚 课程目录第3章设备树基础

3. 设备树基础：设备树(DTS)语法入门

设备树（Device Tree）是一种描述硬件资源的数据结构，它使用树形节点来表述CPU、内存、外设、中断控制器、GPIO控制器等硬件信息。在嵌入式Linux系统中，设备树源文件（.dts）经过编译生成设备树二进制文件（.dtb），由Bootloader传递给内核，内核解析后自动创建平台设备，驱动通过匹配compatible属性与设备绑定。

学习目标：掌握DTS文件的基本语法结构，理解节点、属性、compatible、reg、interrupts等核心概念，为后续编写GPIO按键设备树节点打下基础。

3.1 设备树文件结构

一个典型的DTS文件由根节点（/）和若干子节点组成，每个节点可以包含属性（键值对）和子节点。以下是一个简化的设备树结构示例：

/dts-v1/;

/ {
    model = "Embedded Board v1.0";
    compatible = "vendor,board-v1", "vendor,board";

    chosen {
        stdout-path = &uart0;
    };

    cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;

        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a7";
            reg = <0x0>;
        };
    };

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x40000000>;  /* 1GB RAM */
    };

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

        uart0: serial@10000000 {
            compatible = "ns16550a";
            reg = <0x10000000 0x1000>;
            interrupts = <0 33 4>;
            clock-frequency = <24000000>;
        };

        gpio0: gpio@20000000 {
            compatible = "vendor,gpio-controller";
            reg = <0x20000000 0x1000>;
            gpio-controller;
            #gpio-cells = <2>;
            interrupts = <0 40 4>;
        };
    };
};

  关键点：设备树使用/dts-v1/;声明版本；根节点用/表示；每个节点用节点名@地址格式命名；属性值支持字符串、32位整数数组、二进制数据等类型。

3.2 节点（Node）

节点是设备树的基本组成单元，每个节点代表一个硬件设备或总线。节点名称通常采用名称@单元地址的格式，其中单元地址用于区分同一父节点下相同名称的多个设备。

节点类型	命名示例	说明
根节点	`/`	设备树的顶层节点，包含所有硬件描述
CPU节点	`cpu@0`	描述一个CPU核心，`@0`表示CPU编号
内存节点	`memory@80000000`	描述内存区域，`@80000000`表示起始地址
外设节点	`serial@10000000`	描述UART外设，`@10000000`表示基地址
GPIO控制器	`gpio@20000000`	描述GPIO控制器，包含中断和GPIO相关属性

节点还可以通过标签（Label）进行引用，例如uart0: serial@10000000中的uart0就是标签，可以在其他位置通过&uart0引用该节点。

3.3 属性（Property）

属性是节点的键值对，用于描述设备的特性。常见的属性类型包括：

属性名	值类型	示例	说明
`compatible`	字符串列表	`"vendor,device"`	驱动匹配的关键标识，格式为"厂商,设备型号"
`reg`	32位整数数组	`<0x10000000 0x1000>`	描述设备地址空间（地址+长度）
`interrupts`	32位整数数组	`<0 33 4>`	描述中断号、触发类型等信息
`#address-cells`	32位整数	`<1>`	子节点reg属性中地址字段占用的单元数
`#size-cells`	32位整数	`<1>`	子节点reg属性中长度字段占用的单元数
`gpio-controller`	空属性	`gpio-controller;`	标记该节点是一个GPIO控制器
`#gpio-cells`	32位整数	`<2>`	GPIO引用中需要的参数个数

3.4 compatible 属性：驱动匹配的关键

compatible属性是设备树中最核心的属性之一，它建立了设备节点与内核驱动之间的绑定关系。内核通过遍历设备树，将每个节点的compatible值与驱动注册的of_match_table进行匹配。

// 设备树节点
gpio-keys {
    compatible = "gpio-keys";
    ...
};

// 内核驱动中的匹配表
static const struct of_device_id gpio_keys_of_match[] = {
    { .compatible = "gpio-keys", },
    { /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, gpio_keys_of_match);

static struct platform_driver gpio_keys_driver = {
    .driver = {
        .name = "gpio-keys",
        .of_match_table = gpio_keys_of_match,
    },
    .probe = gpio_keys_probe,
};

匹配规则：内核按照compatible属性中字符串的顺序进行匹配，优先匹配第一个。建议使用"厂商,设备型号"的命名规范，例如"ti,am335x-gpio"，避免与其他厂商的设备冲突。

3.5 reg 属性：描述设备地址空间

reg属性用于描述设备在总线上的地址范围，其格式由父节点的#address-cells和#size-cells决定。每个reg条目包含地址和长度两部分，分别占用#address-cells和#size-cells个32位单元。

#address-cells	#size-cells	reg 示例	含义
1	1	`<0x10000000 0x1000>`	基地址0x10000000，长度0x1000（4KB）
2	1	`<0x0 0x80000000 0x40000000>`	64位地址0x80000000，长度0x40000000（1GB）
1	0	`<0x0>`	仅地址，无长度（如CPU核心编号）

// 示例：GPIO控制器reg属性
gpio0: gpio@20000000 {
    compatible = "vendor,gpio-controller";
    reg = <0x20000000 0x1000>;  // 基地址0x20000000，映射大小4KB
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    ranges;
};

3.6 interrupts 属性：描述中断连接

interrupts属性描述设备的中断请求线，其格式由中断控制器节点的#interrupt-cells决定。常见的中断描述包含中断控制器编号、中断号、触发类型等字段。

中断控制器类型	#interrupt-cells	interrupts 示例	含义
GIC（通用中断控制器）	3	`<0 33 4>`	SPI中断，中断号33，高电平触发
简单中断控制器	2	`<10 2>`	中断号10，下降沿触发
GPIO中断	2	`<&gpio0 15 2>`	GPIO控制器gpio0的引脚15，下降沿触发

中断触发类型常用宏定义：

IRQ_TYPE_EDGE_RISING = 1：上升沿触发
IRQ_TYPE_EDGE_FALLING = 2：下降沿触发
IRQ_TYPE_EDGE_BOTH = 3：双边沿触发
IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH = 4：高电平触发
IRQ_TYPE_LEVEL_LOW = 8：低电平触发

3.7 设备树包含与引用

实际项目中，设备树通常由多个文件组成，通过#include指令引入公共定义：

// board.dts
#include "soc.dtsi"          // 包含SoC公共设备树
#include "pinmux.dtsi"       // 包含引脚复用配置
#include "gpio-keys.dtsi"    // 包含GPIO按键定义

/ {
    model = "My Board";
    compatible = "vendor,my-board";

    // 通过 & 引用并覆盖 soc.dtsi 中定义的节点
    &uart0 {
        status = "okay";
        pinctrl-0 = &uart0_pins;
        pinctrl-names = "default";
    };

    &gpio0 {
        status = "okay";
    };
};

注意事项：

.dtsi文件是设备树包含文件，类似于C语言的头文件，通常存放SoC公共定义
通过&标签可以引用并扩展或覆盖其他文件中定义的节点
status属性用于控制设备是否启用，常用值为"okay"（启用）和"disabled"（禁用）
pinctrl-*属性用于配置引脚复用功能，将在后续章节详细讲解

3.8 本章小结

设备树是嵌入式Linux驱动开发的基础，掌握DTS语法是编写GPIO按键驱动的第一步。本章重点内容：

节点结构：树形层级结构，根节点包含所有硬件描述，子节点代表具体设备
compatible属性：驱动匹配的核心标识，遵循"厂商,设备型号"命名规范
reg属性：描述设备地址空间，格式由父节点的#address-cells和#size-cells决定
interrupts属性：描述中断连接，包含中断域、中断号、触发类型等信息
文件组织：使用.dtsi包含公共定义，通过标签引用实现节点扩展和覆盖