4. DTS 地址编码与 ranges 属性：地址映射概念、属性格式与转换示例

在设备树中，地址编码与映射是描述硬件总线层级与地址空间转换的核心机制。本章将深入解析 #address-cells、#size-cells 以及 ranges 属性的工作原理，并通过实际示例演示地址转换过程。

4.1 地址编码基础：address-cells 与 size-cells

每个设备节点在描述其寄存器地址或内存范围时，必须明确地址和长度的编码宽度。这两个属性由父节点定义，子节点继承并使用。

4.2 ranges 属性：地址映射的核心

ranges 属性定义了父节点地址空间与子节点地址空间之间的转换关系。它允许子节点使用本地地址，而父节点通过映射将其转换为全局地址。

4.2.1 ranges 属性格式

ranges = <子地址 父地址 长度>;
// 或
ranges;  // 空 ranges 表示 1:1 映射

每个映射条目包含三个字段：

• 子地址： 子节点地址空间中的起始地址，宽度由子节点的 #address-cells 决定。
• 父地址： 父节点地址空间中的起始地址，宽度由父节点的 #address-cells 决定。
• 长度： 映射范围的大小，宽度由父节点的 #size-cells 决定。

4.3 地址转换示例：从子设备到 CPU 视角

以下是一个典型的嵌入式系统设备树片段，展示了通过 ranges 将外设总线地址映射到系统总线地址的过程。

/ {
    #address-cells = <2>;
    #size-cells = <1>;

    soc@0 {
        compatible = "simple-bus";
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        ranges = <0x0 0x0 0x1e000000 0x1000000>;
        // 子地址 0x0 ~ 0xFFFFFF 映射到父地址 0x1e000000 ~ 0x1effffff

        uart@1000 {
            compatible = "ns16550";
            reg = <0x1000 0x100>;
            // 子地址 0x1000，长度 0x100
            // 转换后物理地址 = 0x1e000000 + 0x1000 = 0x1e001000
        };

        gpio@2000 {
            compatible = "my-gpio";
            reg = <0x2000 0x20>;
            // 转换后物理地址 = 0x1e000000 + 0x2000 = 0x1e002000
        };
    };
};

4.4 地址映射结构图

下图展示了从子设备地址到 CPU 物理地址的完整映射流程：

4.5 多级总线与级联映射

在实际系统中，设备可能挂在多层总线下，每层总线都有自己的 ranges 映射。内核会递归地向上查找，直到到达根节点。

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

    bus@0 {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        ranges = <0x0 0x10000000 0x100000>;  // 子 0x0~0xFFFFF -> 父 0x10000000~0x100FFFFF

        bridge@100 {
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <1>;
            ranges = <0x0 0x0 0x10000>;       // 子 0x0~0xFFFF -> 父 0x0~0xFFFF

            ethernet@0 {
                reg = <0x0 0x1000>;
                // 最终物理地址 = 0x10000000 + 0x0 + 0x0 = 0x10000000
            };
        };
    };
};

4.6 常见问题与避坑指南

4.7 本章小结

• 地址编码： #address-cells 和 #size-cells 定义了地址和长度的编码宽度，由父节点决定。
• ranges 属性： 实现子地址到父地址的映射，支持 1:1 映射（空 ranges）和偏移映射。
• 转换流程： 从子节点 reg 出发，逐级向上查找 ranges，累加偏移得到最终物理地址。
• 多级总线： 每层总线独立维护自己的 ranges，内核递归完成级联转换。