ARM Linux 设备树

Linux 设备驱动开发详解：基于最新的Linux 4.0内核, 机械工业出版社, 宋宝华, 2015

1. 设备树的起源

• 背景: ARM架构中大量板级代码冗余，硬编码在mach-xxx目录，设备树（Device Tree）引入结构化描述硬件。

• 目的: 减少内核冗余代码，通过设备树文件（.dts）传递硬件信息，由Bootloader加载至内核。

• 核心思想: 设备树以节点和属性形式描述硬件拓扑，如CPU、内存、外设、中断等。

2. 设备树的组成与结构
2.1 核心文件

• DTS (Device Tree Source): 文本格式描述硬件，支持.dtsi包含（类似C头文件）。

• DTC (Device Tree Compiler): 编译工具，将DTS转换为DTB。

• DTB (Device Tree Blob): 二进制文件，由内核解析。

• 绑定文档（Binding）: 说明节点属性规范（如Documentation/devicetree/bindings）。

2.2 设备树结构

• 节点（Node）: 表示设备或总线，如根节点/，子节点cpu@0。

• 属性（Property）: 键值对描述硬件特性，如reg = <地址长度>、interrupts。

• 标签（Label）与Phandle: 通过&label引用节点，如&gpio0表示GPIO控制器。

2.3 设备树示例

dts 复制代码

/ {
    compatible = "acme,coyotes-revenge"; // 根节点兼容性
    #address-cells = <1>; // 地址占1个cell
    #size-cells = <1>;    // 长度占1个cell

    cpus {
        cpu@0 { compatible = "arm,cortex-a9"; reg = <0>; };
        cpu@1 { compatible = "arm,cortex-a9"; reg = <1>; };
    };

    serial@101f0000 {
        compatible = "arm,pl011";
        reg = <0x101f0000 0x1000>; // 寄存器地址和长度
        interrupts = <1 0>;        // 中断号及触发方式
    };
};

3. 关键概念解析
3.1 兼容性（Compatible）

• 根节点兼容性: 匹配机器类型，如vexpress-v2p-ca9。

c 复制代码

// 内核中匹配设备
if (of_machine_is_compatible("arm,vexpress")) { ... }

• 设备节点兼容性: 驱动匹配依据，如compatible = "arm,pl011"。

3.2 地址编码

• reg属性: 格式reg = <地址1 长度1 地址2 长度2 ...>。

• #address-cells和#size-cells: 定义子节点地址/长度的cell数量。

dts 复制代码

external-bus {
    #address-cells = <2>; // 地址占2个cell（片选+偏移）
    #size-cells = <1>;     // 长度占1个cell
    ethernet@0,0 { reg = <0 0 0x1000>; };
};

3.3 中断连接

• 中断控制器: 声明interrupt-controller和#interrupt-cells。

• 中断属性: 使用interrupt-parent和interrupts指定中断号和触发方式。

dts 复制代码

intc: interrupt-controller@10140000 {
    compatible = "arm,pl190";
    #interrupt-cells = <2>; // 2个cell（中断号+标志）
};
serial@101f0000 {
    interrupts = <1 0>; // 中断号1，触发方式0
};

3.4 GPIO、时钟、Pinmux

• GPIO控制器: 声明gpio-controller和#gpio-cells。

• GPIO使用: 通过gpios属性引用控制器。

dts 复制代码

gpio@101f3000 {
    gpio-controller;
    #gpio-cells = <2>; // GPIO号+极性
};
button {
    gpios = <&gpio0 1 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};

4. BSP和驱动的变更
4.1 平台设备的替代

• 旧方式: 手动注册platform_device，硬编码资源。

• 新方式: 设备树自动展开platform_device，资源来自.dts。

4.2 驱动匹配机制

• OF匹配表: 驱动通过.of_match_table匹配设备节点。

c 复制代码

static const struct of_device_id my_drv_of_match[] = {
    { .compatible = "vendor,device" },
    {},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_drv_of_match);

4.3 平台数据的属性化

• 旧方式: 通过platform_data结构传递数据。

• 新方式: 从设备树属性读取，如of_property_read_u32()。

c 复制代码

// 读取属性值示例
of_property_read_u32(np, "clock-frequency", &clk_freq);

4.4 实例：GPIO按键驱动

dts 复制代码

gpio-keys {
    compatible = "gpio-keys";
    button {
        label = "Up";
        gpios = <&gpio0 1 0>;
        linux,code = <KEY_UP>;
    };
};

驱动通过OF API解析属性：

c 复制代码

of_get_gpio_flags(pp, 0, &flags); // 获取GPIO号和极性
of_property_read_u32(pp, "linux-code", &key_code); // 读取键值

5. 常用OF API

• 节点操作:

• of_find_compatible_node(): 查找兼容节点。

• of_get_child_count(): 获取子节点数量。

• 属性读取:

• of_property_read_u32_array(): 读取32位数组。

• of_property_read_string(): 读取字符串。

• 资源解析:

• of_get_named_gpio(): 获取GPIO号。

• of_irq_get(): 获取中断号。

6. 总结

• 设备树优势：解耦硬件描述与内核代码，提升可维护性。

• 核心元素：节点、属性、兼容性、地址编码、中断连接。