📚 课程目录第2章设备树基础

2. 设备树基础：设备树语法、节点、属性、reg、interrupts

设备树（Device Tree，DT）是一种描述硬件资源的数据结构，用于将不可枚举的硬件信息从内核源码中剥离，交由 Bootloader（如 U-Boot）传递给内核。在 V4L2 驱动开发中，设备树是配置摄像头 sensor 的 I2C 地址、电源引脚（pinctrl）、时钟频率、中断号以及数据总线（CSI/Parallel）的核心手段。

学习提示： 设备树不是编程语言，而是一种键值对（Key-Value）的树形描述文件。掌握设备树语法是编写 V4L2 sensor 驱动设备节点的前提。

2.1 设备树源文件结构

设备树源文件（.dts）采用树形结构，以 /dts-v1/; 开头，根节点为 /，内部包含若干子节点，每个节点代表一个硬件设备或总线。其基本语法如下：

/dts-v1/;

/ {
    model = "Embedded Camera Board";
    compatible = "vendor,camera-board";

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

        i2c0: i2c@ff010000 {
            compatible = "snps,designware-i2c";
            reg = <0xff010000 0x1000>;
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <0>;

            sensor: camera@1a {
                compatible = "sony,imx219";
                reg = <0x1a>;
                clocks = <&osc 0>;
                clock-names = "xvclk";
                interrupts = <GIC_SPI 42 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
            };
        };
    };
};

  关键点： 每个节点以 节点名@地址 形式标识，reg 属性描述地址空间，interrupts 描述中断资源。

2.2 节点与属性

设备树由节点（Node）和属性（Property）组成。节点表示硬件设备或总线，属性描述节点的特征。

元素	语法	说明
根节点	`/ { ... };`	设备树的顶层容器，所有设备节点都挂载在根节点下
子节点	`node-name@address { ... };`	表示具体设备，`@address` 通常为寄存器基址或 I2C 地址
标签	`label: node-name@address`	为节点起别名，方便在其他位置引用（如 `&sensor`）
属性	`property-name = <value>;`	键值对，值可以是字符串、32 位整数数组、64 位整数数组或二进制数据
字符串属性	`compatible = "vendor,device";`	用于匹配驱动，格式为 `厂商,设备名`
整数数组	`reg = <0x1000 0x2000>;`	用尖括号包裹，空格分隔多个 32 位整数

常见错误： 忘记在 < > 内使用空格分隔整数，或混淆 #address-cells 与 #size-cells 的数值，会导致 reg 解析错误。

2.3 reg 属性：描述地址空间

reg 属性用于描述设备在总线上的地址范围，由 #address-cells 和 #size-cells 共同决定其解析方式。

#address-cells：表示地址字段占用的 32 位整数个数。
#size-cells：表示长度字段占用的 32 位整数个数。
reg：格式为 <address1 length1 address2 length2 ...>。

例如，一个 64 位地址空间的设备：

#address-cells = <2>;   // 地址用两个 32 位整数表示（高32位 + 低32位）
#size-cells = <2>;      // 长度用两个 32 位整数表示
reg = <0x0 0xff010000 0x0 0x1000>;  // 基址 0xff010000，长度 0x1000

  V4L2 场景： 对于 I2C 连接的 sensor，#address-cells = <1>，#size-cells = <0>，reg = <0x1a> 表示 I2C 从设备地址为 0x1a。

2.4 interrupts 属性：描述中断资源

interrupts 属性描述设备使用的中断号、触发类型等信息，需要配合 interrupt-parent 使用。

字段	说明	示例值
中断控制器类型	GIC（通用中断控制器）或本地中断	`GIC_SPI`（共享外设中断）
中断号	硬件中断编号	`42`
触发类型	电平触发或边沿触发	`IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH`

典型的中断描述：

interrupt-parent = <&gic>;  // 引用中断控制器节点
interrupts = <GIC_SPI 42 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;

对于 GPIO 中断，可以使用 interrupts-extended 属性指定不同的中断控制器：

interrupts-extended = <&gpio1 5 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>;

V4L2 场景： sensor 的帧同步（VSYNC）中断通常配置为边沿触发，用于通知内核一帧图像数据已准备好。

2.5 设备树结构图

下图展示了 V4L2 camera 子系统中设备树的典型层级结构，从根节点到具体的 sensor 设备节点：

2.6 常用属性速查表

属性名	类型	用途	V4L2 典型用法
`compatible`	字符串	驱动匹配	`"ov5640,ovti"`
`reg`	整数数组	地址/寄存器范围	`<0x3c>` (I2C 地址)
`interrupts`	整数数组	中断描述	`<GIC_SPI 42 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>`
`clocks`	引用数组	时钟源	`<&osc 0>`
`clock-names`	字符串数组	时钟名称	`"xvclk", "mclk"`
`pinctrl-0`	引用	引脚复用配置	`<&camera_pins>`
`status`	字符串	设备状态	`"okay"` 或 `"disabled"`

2.7 设备树编译与反编译

设备树源文件（.dts）需要编译为二进制设备树 Blob（.dtb），内核在启动时解析 .dtb 文件。常用命令如下：

# 编译 .dts 为 .dtb
dtc -I dts -O dtb -o my-board.dtb my-board.dts

# 反编译 .dtb 为 .dts
dtc -I dtb -O dts -o my-board.dts my-board.dtb

# 查看设备树内容（十六进制）
fdtdump my-board.dtb

  调试技巧： 在 Linux 内核启动后，可以通过 /proc/device-tree/ 目录查看当前使用的设备树结构，每个节点对应一个目录，属性对应文件。

2.8 本章小结

设备树使用树形结构描述硬件，节点代表设备，属性代表设备参数。
reg 属性由 #address-cells 和 #size-cells 决定解析方式，用于描述地址空间。
interrupts 属性配合 interrupt-parent 描述中断资源，支持 SPI、PPI 和 GPIO 中断。
V4L2 sensor 驱动中，设备树用于配置 I2C 地址、时钟、中断和引脚复用，是驱动与硬件解耦的关键。
掌握 dtc 工具的使用，能够快速验证和调试设备树配置。