Linux设备树简介

1.什么是设备树

设备树(Device Tree)，将这个词分开就是"设备"和"树"，描述设备树的文件叫做DTS(Device

Tree Source)，这个DTS文件采用树形结构描述板级设备，也就是开发板上的设备信息，比如

CPU数量、 内存基地址、IIC接口上接了哪些设备、SPI接口上接了哪些设备等等。如图：

树的主干就是系统总线，IIC控制器、GPIO控制器、SPI控制器等都是接到系统主线上的分支。IIC控制器有分为IIC1和IIC2两种，其中IIC1上接了FT5206和AT24C02这两个IIC设备，IIC2上只接了MPU6050这个设备。DTS文件的主要功能就是按照图所示的结构来描述板子上的设备信息，DTS文件描述设备信息是有相应的语法规则要求的，稍后我们会详细的讲解DTS语法规则。

以前的Linux内核中ARM架构并没有采用设备树。在没有设备树的时候Linux是如何描述ARM架构中的板级信息呢？在Linux内核源码中大量的arch/arm/mach-xxx和arch/arm/plat-xxx文件夹，这些文件夹里面的文件就是对应平台下的板级信息。

static struct s3c2410fb_display smdk2440_lcd_cfg __initdata = {

    .lcdcon5    = S3C2410_LCDCON5_FRM565 | 
              S3C2410_LCDCON5_INVVLINE | 
              S3C2410_LCDCON5_INVVFRAME | 
              S3C2410_LCDCON5_PWREN | 
              S3C2410_LCDCON5_HWSWP, 
};

static struct s3c2410fb_mach_info smdk2440_fb_info __initdata = {
    .displays   = &smdk2440_lcd_cfg, 
    .num_displays   = 1, 
    .default_display = 0, 
};

static struct platform_device *smdk2440_devices[] __initdata = { 
    &s3c_device_ohci, 
    &s3c_device_lcd, 
    &s3c_device_wdt, 
    &s3c_device_i2c0, 
    &s3c_device_iis, 
};

上述代码中的结构体变量smdk2440_fb_info就是描述SMDK2440这个开发板上的LCD信

息的，结构体指针数组smdk2440_devices描述的SMDK2440这个开发板上的所有平台相关信

息。这个仅仅是使用2440这个芯片的SMDK2440开发板下的LCD信息，SMDK2440开发板

还有很多的其他外设硬件和平台硬件信息。使用2440这个芯片的板子有很多，每个板子都有描

述相应板级信息的文件，这仅仅只是一个2440。随着智能手机的发展，每年新出的ARM架构

芯片少说都在数十、数百款，Linux内核下板级信息文件将会成指数级增长！这些板级信息文件

都是.c或.h文件，都会被硬编码进Linux内核中，导致Linux内核"虚胖"。就好比你喜欢吃自

助餐，然后花了100多到一家宣传看着很不错的自助餐厅，结果你想吃的牛排、海鲜、烤肉基

本没多少，全都是一些凉菜、炒面、西瓜、饮料等小吃，相信你此时肯定会脱口而出一句"F*k!"、

"骗子！"。同样的，当Linux之父linus看到ARM社区向Linux内核添加了大量"无用"、冗余

的板级信息文件，不禁的发出了一句"This whole ARM thing is a f*cking pain in the ass"。从此以

后ARM社区就引入了PowerPC等架构已经采用的设备树(Flattened Device Tree)，将这些描述

板级硬件信息的内容都从Linux内中分离开来，用一个专属的文件格式来描述，这个专属的文

件就叫做设备树，文件扩展名为.dts。一个SOC可以作出很多不同的板子，这些不同的板子肯

定是有共同的信息，将这些共同的信息提取出来作为一个通用的文件，其他的.dts文件直接引

用这个通用文件即可，这个通用文件就是.dtsi文件，类似于C语言中的头文件。一般.dts描述

板级信息(也就是开发板上有哪些IIC设备、SPI设备等)，.dtsi描述SOC级信息(也就是SOC有

几个CPU、主频是多少、各个外设控制器信息等)。

这个就是设备树的由来，简而言之就是，Linux内核中ARM架构下有太多的冗余的垃圾板

级信息文件，导致linus震怒，然后ARM社区引入了设备树。

2.DTS、DTB和DTC

上一小节说了，设备树源文件扩展名为.dts，但是我们在前面移植Linux的时候却一直在使

用.dtb文件，那么DTS和DTB这两个文件是什么关系呢？DTS是设备树源码文件，DTB是将

DTS编译以后得到的二进制文件。将.c文件编译为.o需要用到gcc编译器，那么将.dts编译为.dtb

需要什么工具呢？需要用到DTC 工具！DTC工具源码在Linux内核的 scripts/dtc目录下，

scripts/dtc/Makefile文件内容如下：

 hostprogs-y := dtc 
 always       := $(hostprogs-y) 
  
 dtc-objs:= dtc.o flattree.o fstree.o data.o livetree.o treesource.o \ 
          srcpos.o checks.o util.o 
 dtc-objs  += dtc-lexer.lex.o dtc-parser.tab.o 
...... 

可以看出，DTC工具依赖于dtc.c、flattree.c、fstree.c等文件，最终编译并链接出DTC这

个主机文件。如果要编译DTS文件的话只需要进入到Linux源码根目录下，然后执行如下命

令：

make all或者make dtbs

"make all"命令是编译Linux源码中的所有东西，包括zImage，.ko驱动模块以及设备

树，如果只是编译设备树的话建议使用"make dtbs"命令。

基于ARM架构的SOC有很多种，一种SOC又可以制作出很多款板子，每个板子都有一

个对应的DTS文件，那么如何确定编译哪一个DTS文件呢？我们就以I.MX6ULL这款芯片对

应的板子为例来看一下，打开arch/arm/boot/dts/Makefile，有如下内容：

dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6UL) += \
    imx6ul-14x14-ddr3-arm2.dtb \
    imx6ul-14x14-ddr3-arm2-emmc.dtb \
    ......

dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6ULL) += \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-adc.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-cs42888.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-ecspi.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-emmc.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-epdc.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-flexcan2.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-gpmi-weim.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-lcdif.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-ldo.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-qspi.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-qspi-all.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-tsc.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-uart2.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-usb.dtb \
    imx6ull-14x14-ddr3-arm2-wm8958.dtb \
    imx6ull-14x14-evk.dtb \
    imx6ull-14x14-evk-btwifi.dtb \
    imx6ull-14x14-evk-emmc.dtb \
    imx6ull-14x14-evk-gpmi-weim.dtb \
    imx6ull-14x14-evk-usb-certi.dtb \
    imx6ull-alientek-emmc.dtb \
    imx6ull-alientek-nand.dtb \
    imx6ull-9x9-evk.dtb \
    imx6ull-9x9-evk-btwifi.dtb \
    imx6ull-9x9-evk-ldo.dtb

dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6SLL) += \
    imx6sll-lpddr2-arm2.dtb \
    imx6sll-lpddr3-arm2.dtb \
    ......

可以看出，当选中I.MX6ULL这个SOC以后(CONFIG_SOC_IMX6ULL=y)，所有使用到

I.MX6ULL这个SOC的板子对应的.dts文件都会被编译为.dtb。如果我们使用I.MX6ULL新做

了一个板子，只需要新建一个此板子对应的.dts 文件，然后将对应的.dtb 文件名添加到 dtb-

$(CONFIG_SOC_IMX6ULL)下，这样在编译设备树的时候就会将对应的.dts编译为二进制的.dtb

文件。

示例代码就是我们在给正点原子的I.MX6U-ALPHA开发板移植Linux系统的时候添加的设备树。关于.dtb文件怎么使用这里就不多说了，前面讲解Uboot移植、Linux内核移植的时候已经无数次的提到如何使用.dtb文件了(uboot中使用bootz或bootm命令向Linux内核传递二进制设备树文件(.dtb))。

3.DTS语法

虽然我们基本上不会从头到尾重写一个.dts文件，大多时候是直接在SOC厂商提供的.dts

文件上进行修改。但是DTS文件语法我们还是需要详细的学习一遍，因为我们肯定需要修改.dts

文件。大家不要看到要学习新的语法就觉得会很复杂，DTS语法非常的人性化，是一种ASCII

文本文件，不管是阅读还是修改都很方便。

本节我们就以imx6ull-alientek-emmc.dts这个文件为例来讲解一下DTS语法。关于设备树

详 细 的 语 法 规 则 请 参 考 《 DevicetreeSpecificationV0.2.pdf 》 和《Power_ePAPR_APPROVED_v1.12.pdf》这两份文档，此两份文档已经放到了开发板光盘中，

路 径为： 4 、参考资 料 ->Devicetree SpecificationV0.2.pdf 、 4 、参 考资料 ->

Power_ePAPR_APPROVED_v1.12.pdf

3.1 .dtsi头文件

和C语言一样，设备树也支持头文件，设备树的头文件扩展名为.dtsi。在imx6ull-alientek-

emmc.dts中有如下所示内容：

 #include <dt-bindings/input/input.h> 
 #include "imx6ull.dtsi"

在.dts设备树文件中，可以通过"#include"来引用.h、.dtsi和.dts文件。只是，我们在编写设备树头文件的时候最好选择.dtsi后缀。

一般.dtsi文件用于描述SOC的内部外设信息，比如CPU架构、主频、外设寄存器地址范

围，比如UART、IIC等等。比如imx6ull.dtsi就是描述I.MX6ULL这颗SOC内部外设情况信息

的，内容如下：

#include <dt-bindings/clock/imx6ul-clock.h>
#include <dt-bindings/gpio/gpio.h>
#include <dt-bindings/interrupt-controller/arm-gic.h>
#include "imx6ull-pinfunc.h"
#include "imx6ull-pinfunc-snvs.h"
#include "skeleton.dtsi"

/ {
    aliases {
        can0 = &flexcan1;
        ......
    };

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

        cpu0: cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a7";
            device_type = "cpu";
            ......
        };
    };

    intc: interrupt-controller@00a01000 {
        compatible = "arm,cortex-a7-gic";
        #interrupt-cells = <3>;
        interrupt-controller;
        reg = <0x00a01000 0x1000>,
              <0x00a02000 0x100>;
    };

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

        ckil: clock@0 {
            compatible = "fixed-clock";
            reg = <0>;
            #clock-cells = <0>;
            clock-frequency = <32768>;
            clock-output-names = "ckil";
        };
        ......
    };

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

        busfreq {
            compatible = "fsl,imx_busfreq";
            ......
        };

        gpmi: gpmi-nand@01806000{
            compatible = "fsl,imx6ull-gpmi-nand", "fsl, imx6ul-gpmi-nand";
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <1>;
            reg = <0x01806000 0x2000>, <0x01808000 0x4000>;
            ......
        };
        ......
    };
};

示例代码中第 54~89 行就是 cpu0 这个设备节点信息，这个节点信息描述了I.MX6ULL这颗SOC所使用的CPU信息，比如架构是cortex-A7，频率支持996MHz、792MHz、528MHz、396MHz和198MHz等等。在imx6ull.dtsi文件中不仅仅描述了cpu0这一个节点信息，I.MX6ULL这颗SOC所有的外设都描述的清清楚楚，比如ecspi1~4、uart1~8、usbphy1~2、i2c1~4

等等，关于这些设备节点信息的具体内容我们稍后在详细的讲解。

3.2设备节点

设备树是采用树形结构来描述板子上的设备信息的文件，每个设备都是一个节点，叫做设

备节点，每个节点都通过一些属性信息来描述节点信息，属性就是键---值对。以下是从

imx6ull.dtsi文件中缩减出来的设备树文件内容：

/ {
    aliases {
        can0 = &flexcan1;
    };

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

        cpu0: cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a7";
            device_type = "cpu";
            reg = <0>;
        };
    };

    intc: interrupt-controller@00a01000 {
        compatible = "arm,cortex-a7-gic";
        #interrupt-cells = <3>;
        interrupt-controller;
        reg = <0x00a01000 0x1000>,
              <0x00a02000 0x100>;
    };
}

第1行，"/"是根节点，每个设备树文件只有一个根节点。细心的同学应该会发现，imx6ull.dtsi

和imx6ull-alientek-emmc.dts这两个文件都有一个"/"根节点，这样不会出错吗？不会的，因为

这两个"/"根节点的内容会合并成一个根节点。

第2、6和17行，aliases、cpus和intc是三个子节点，在设备树中节点命名格式如下：

node-name@unit-address

其中"node-name"是节点名字，为ASCII字符串，节点名字应该能够清晰的描述出节点的

功能，比如"uart1"就表示这个节点是UART1外设。"unit-address"一般表示设备的地址或寄

存器首地址，如果某个节点没有地址或者寄存器的话"unit-address"可以不要，比如"cpu@0"、

"interrupt-controller@00a01000"。

但是我们在示例代码中我们看到的节点命名却如下所示：

cpu0:cpu@0 

label: node-name@unit-address 

引入label的目的就是为了方便访问节点，可以直接通过&label来访问这个节点，比如通过

&cpu0就可以访问"cpu@0"这个节点，而不需要输入完整的节点名字。再比如节点 "intc:

interrupt-controller@00a01000"，节点label 是intc，而节点名字就很长了，为"interrupt-

controller@00a01000"。很明显通过&intc来访问"interrupt-controller@00a01000"这个节点要方

便很多！

第10行，cpu0也是一个节点，只是cpu0是cpus的子节点。

每个节点都有不同属性，不同的属性又有不同的内容，属性都是键值对，值可以为空或任

意的字节流。设备树源码中常用的几种数据形式如下所示：

1.字符串
compatible = "arm,cortex-a7"; 

2.32位无符号整数
reg = <0>; 
上述代码设置reg属性的值为0，reg的值也可以设置为一组值，比如：
reg = <0 0x123456 100>; 

3.字符串列表
属性值也可以为字符串列表，字符串和字符串之间采用","隔开，如下所示： 
compatible = "fsl,imx6ull-gpmi-nand", "fsl, imx6ul-gpmi-nand"; 
上述代码设置属性compatible的值为"fsl,imx6ull-gpmi-nand"和"fsl, imx6ul-gpmi-nand"。

3.3 标准属性

节点是由一堆的属性组成，节点都是具体的设备，不同的设备需要的属性不同，用户可以

自定义属性。除了用户自定义属性，有很多属性是标准属性，Linux下的很多外设驱动都会使用

这些标准属性，本节我们就来学习一下几个常用的标准属性。

1、compatible属性

compatible属性也叫做"兼容性"属性，这是非常重要的一个属性！compatible属性的值是

一个字符串列表，compatible 属性用于将设备和驱动绑定起来。字符串列表用于选择设备所要

使用的驱动程序，compatible属性的值格式如下所示：

"manufacturer,model" 

其中 manufacturer表示厂商，model一般是模块对应的驱动名字。比如 imx6ull-alientek-

emmc.dts中sound节点是I.MX6U-ALPHA开发板的音频设备节点，I.MX6U-ALPHA开发板上

的音频芯片采用的欧胜(WOLFSON)出品的WM8960，sound节点的compatible属性值如下：

compatible = "fsl,imx6ul-evk-wm8960","fsl,imx-audio-wm8960"; 

属性值有两个，分别为"fsl,imx6ul-evk-wm8960"和"fsl,imx-audio-wm8960"，其中"fsl"

表示厂商是飞思卡尔，"imx6ul-evk-wm8960"和"imx-audio-wm8960"表示驱动模块名字。sound

这个设备首先使用第一个兼容值在Linux内核里面查找，看看能不能找到与之匹配的驱动文件，

如果没有找到的话就使用第二个兼容值查。

一般驱动程序文件都会有一个OF匹配表，此OF匹配表保存着一些compatible值，如果设

备节点的compatible属性值和OF匹配表中的任何一个值相等，那么就表示设备可以使用这个

驱动。比如在文件imx-wm8960.c中有如下内容：

static const struct of_device_id imx_wm8960_dt_ids[] = {
    { .compatible = "fsl,imx-audio-wm8960", },
    { /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, imx_wm8960_dt_ids);

static struct platform_driver imx_wm8960_driver = {
    .driver = {
        .name = "imx-wm8960",
        .pm = &snd_soc_pm_ops,
        .of_match_table = imx_wm8960_dt_ids,
    },
    .probe = imx_wm8960_probe,
    .remove = imx_wm8960_remove,
};

数组imx_wm8960_dt_ids就是imx-wm8960.c这个驱动文件的匹配表，此匹配表只有一个匹配值"fsl,imx-audio-wm8960"。如果在设备树中有哪个节点的compatible属性值与此相等，那么这个节点就会使用此驱动文件。

wm8960采用了platform_driver驱动模式，关于platform_driver驱动后面会讲解。此行设置.of_match_table为imx_wm8960_dt_ids，也就是设置这个platform_driver所使用的OF匹配表。

2、model属性

model属性值也是一个字符串，一般model属性描述设备模块信息，比如名字什么的，比

如：model = "wm8960-audio";

3.status属性

status属性看名字就知道是和设备状态有关的，status属性值也是字符串，字符串是设备的

状态信息，

4、#address-cells和#size-cells属性

这两个属性的值都是无符号32位整形，#address-cells和#size-cells这两个属性可以用在任

何拥有子节点的设备中，用于描述子节点的地址信息。#address-cells属性值决定了子节点reg属

性中地址信息所占用的字长(32位)，#size-cells属性值决定了子节点reg属性中长度信息所占的

字长(32位)。#address-cells和#size-cells表明了子节点应该如何编写reg属性值，一般reg属性

都是和地址有关的内容，和地址相关的信息有两种：起始地址和地址长度。

每个"address length"组合表示一个地址范围，其中address是起始地址，length是地址长

度，#address-cells表明address这个数据所占用的字长，#size-cells表明length这个数据所占用

的字长，比如:

spi4 {
    compatible = "spi-gpio";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;

    gpio_spi: gpio_spi@0 {
        compatible = "fairchild,74hc595";
        reg = <0>;
    };
};

aips3: aips-bus@02200000 {
    compatible = "fsl,aips-bus", "simple-bus";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;

    dcp: dcp@02280000 {
        compatible = "fsl,imx6sl-dcp";
        reg = <0x02280000 0x4000>;
    };
};

节点spi4的#address-cells = <1>，#size-cells = <0>，说明spi4的子节点reg属

性中起始地址所占用的字长为1，地址长度所占用的字长为0。

子节点gpio_spi: gpio_spi@0的reg 属性值为 <0>，因为父节点设置了#address-

cells = <1>，#size-cells = <0>，因此addres=0，没有length的值，相当于设置了起始地址，而没

有设置地址长度。

设置aips3: aips-bus@02200000节点#address-cells = <1>，#size-cells = <1>，说明aips3: aips-bus@02200000节点起始地址长度所占用的字长为1，地址长度所占用的字长也为1。

子节点dcp: dcp@02280000的reg属性值为<0x02280000 0x4000>，因为父节点设置了#address-cells = <1>，#size-cells = <1>，address= 0x02280000，length= 0x4000，相当于设置了起始地址为0x02280000，地址长度为0x40000。

5.reg属性

reg属性前面已经提到过了，reg属性的值一般是(address，length)对。reg属性一般用于描

述设备地址空间资源信息，一般都是某个外设的寄存器地址范围信息，比如在imx6ull.dtsi中有

如下内容：

uart1: serial@02020000 {
    compatible = "fsl,imx6ul-uart", 
                 "fsl,imx6q-uart", "fsl,imx21-uart";
    reg = <0x02020000 0x4000>;
    interrupts = <GIC_SPI 26 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    clocks = <&clks IMX6UL_CLK_UART1_IPG>, 
             <&clks IMX6UL_CLK_UART1_SERIAL>;
    clock-names = "ipg", "per";
    status = "disabled";
};

上述代码是节点uart1，uart1节点描述了I.MX6ULL的UART1相关信息，重点是第326行

的reg属性。其中uart1的父节点aips1: aips-bus@02000000设置了#address-cells = <1>、#size-

cells = <1>，因此reg属性中address=0x02020000，length=0x4000。查阅《I.MX6ULL参考手册》

可知，I.MX6ULL的UART1寄存器首地址为0x02020000，但是UART1的地址长度(范围)并没

有0x4000这么多，这里我们重点是获取UART1寄存器首地址。

6.ranges属性

ranges属性值可以为空或者按照(child-bus-address,parent-bus-address,length)格式编写的数字

矩阵，ranges是一个地址映射/转换表，ranges属性每个项目由子地址、父地址和地址空间长度

这三部分组成：

child-bus-address：子总线地址空间的物理地址，由父节点的#address-cells确定此物理地址

所占用的字长。

parent-bus-address：父总线地址空间的物理地址，同样由父节点的#address-cells确定此物

理地址所占用的字长。

length：子地址空间的长度，由父节点的#size-cells确定此地址长度所占用的字长。

如果ranges属性值为空值，说明子地址空间和父地址空间完全相同，不需要进行地址转换，

对于我们所使用的I.MX6ULL来说，子地址空间和父地址空间完全相同，因此会在imx6ull.dtsi

中找到大量的值为空的ranges属性，如下所示：

soc { 
        #address-cells = <1>; 
        #size-cells = <1>; 
        compatible = "simple-bus"; 
        interrupt-parent = <&gpc>; 
        ranges; 
        ...... 
    } 

ranges属性不为空的示例代码如下所示：

soc {
    compatible = "simple-bus";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    ranges = <0x0 0xe0000000 0x00100000>;

    serial {
        device_type = "serial";
        compatible = "ns16550";
        reg = <0x4600 0x100>;
        clock-frequency = <0>;
        interrupts = <0xA 0x8>;
        interrupt-parent = <&ipic>;
    };
};

节点soc定义的ranges属性，值为<0x0 0xe0000000 0x00100000>，此属性值指定了一个1024KB(0x00100000)的地址范围，子地址空间的物理起始地址为0x0，父地址空间的物理起始地址为0xe0000000。

serial是串口设备节点，reg属性定义了serial设备寄存器的起始地址为0x4600，

寄存器长度为 0x100。经过地址转换，serial 设备可以从 0xe0004600 开始进行读写操作，

0xe0004600=0x4600+0xe0000000。

7、name属性

name属性值为字符串，name属性用于记录节点名字，name属性已经被弃用，不推荐使用

name属性，一些老的设备树文件可能会使用此属性。

8、device_type属性

device_type属性值为字符串，IEEE 1275会用到此属性，用于描述设备的FCode，但是设

备树没有 FCode，所以此属性也被抛弃了。此属性只能用于 cpu 节点或者 memory 节点。

imx6ull.dtsi的cpu0节点用到了此属性，内容如下所示：

cpu0: cpu@0 {
    compatible = "arm,cortex-a7";
    device_type = "cpu";
    reg = <0>;
    ......
};

关于标准属性就讲解这么多，其他的比如中断、IIC、SPI等使用的标准属性等到具体的例

程再讲解。

3.4 根节点compatible属性

每个节点都有compatible属性，根节点"/"也不例外，imx6ull-alientek-emmc.dts文件中根

节点的compatible属性内容如下所示：

/ { 
    model = "Freescale i.MX6 ULL 14x14 EVK Board"; 
    compatible = "fsl,imx6ull-14x14-evk", "fsl,imx6ull"; 
    ...... 
} 

可以看出，compatible有两个值："fsl,imx6ull-14x14-evk"和"fsl,imx6ull"。前面我们说了，

设备节点的compatible属性值是为了匹配Linux内核中的驱动程序，那么根节点中的compatible

属性是为了做什么工作的？ 通过根节点的compatible属性可以知道我们所使用的设备，一般第

一个值描述了所使用的硬件设备名字，比如这里使用的是"imx6ull-14x14-evk"这个设备，第二

个值描述了设备所使用的SOC，比如这里使用的是"imx6ull"这颗SOC。Linux内核会通过根

节点的compoatible属性查看是否支持此设备，如果支持的话设备就会启动Linux内核。接下来

我们就来学习一下Linux内核在使用设备树前后是如何判断是否支持某款设备的。

1.使用设备树之前设备匹配方法

在没有使用设备树以前，uboot会向Linux内核传递一个叫做machine id的值，machine id

也就是设备ID，告诉Linux内核自己是个什么设备，看看Linux内核是否支持。Linux内核是

支持很多设备的，针对每一个设备(板子)，Linux内核都用MACHINE_START和MACHINE_END

来定义一个 machine_desc 结构体来描述这个设备，比如在文件 arch/arm/mach-imx/mach-

mx35_3ds.c中有如下定义：

MACHINE_START(MX35_3DS, "Freescale MX35PDK")
    /* Maintainer: Freescale Semiconductor, Inc */
    .atag_offset = 0x100,
    .map_io = mx35_map_io,
    .init_early = imx35_init_early,
    .init_irq = mx35_init_irq,
    .init_time  = mx35pdk_timer_init,
    .init_machine = mx35_3ds_init,
    .reserve = mx35_3ds_reserve,
    .restart    = mxc_restart,
MACHINE_END

上述代码就是定义了"Freescale MX35PDK"这个设备，其中 MACHINE_START 和

MACHINE_END定义在文件arch/arm/include/asm/mach/arch.h中，内容如下：

#define MACHINE_START(_type,_name)          \ 
static const struct machine_desc __mach_desc_##_type    \ 
 __used                         \ 
 __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {    \ 
    .nr     = MACH_TYPE_##_type,        \ 
    .name       = _name, 
 
#define MACHINE_END             \ 
}; 

根据MACHINE_START和MACHINE_END的宏定义，将示例代码43.3.4.2展开后如下所

示：

static const struct machine_desc __mach_desc_MX35_3DS \
__used \
__attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = {
    .nr         = MACH_TYPE_MX35_3DS,
    .name       = "Freescale MX35PDK",
    /* Maintainer: Freescale Semiconductor, Inc */
    .atag_offset = 0x100,
    .map_io     = mx35_map_io,
    .init_early = imx35_init_early,
    .init_irq   = mx35_init_irq,
    .init_time  = mx35pdk_timer_init,
    .init_machine = mx35_3ds_init,
    .reserve    = mx35_3ds_reserve,
    .restart    = mxc_restart,
};

从示例代码 中可以看出，这里定义了一个 machine_desc 类型的结构体变量

__mach_desc_MX35_3DS，这个变量存储在".arch.info.init"段中。第 4 行的

MACH_TYPE_MX35_3DS 就是"Freescale MX35PDK"这个板子的 machine id。

MACH_TYPE_MX35_3DS定义在文件include/generated/mach-types.h中，此文件定义了大量的

machine id，内容如下所示：

#define MACH_TYPE_EBSA110              0
#define MACH_TYPE_RISCPC                1
#define MACH_TYPE_EBSA285               4
#define MACH_TYPE_NETWINDER             5
#define MACH_TYPE_CATS                  6
#define MACH_TYPE_SHARK                 15
#define MACH_TYPE_BRUTUS                16
#define MACH_TYPE_PERSONAL_SERVER     17
......
#define MACH_TYPE_MX35_3DS              1645
......
#define MACH_TYPE_PFLA03                4575

MACH_TYPE_MX35_3DS的值，为1645。

前面说了，uboot会给Linux内核传递machine id这个参数，Linux内核会检查这个machine

id，其实就是将machine id与示例代码43.3.4.3中的这些MACH_TYPE_XXX宏进行对比，看

看有没有相等的，如果相等的话就表示Linux内核支持这个设备，如果不支持的话那么这个设

备就没法启动Linux内核。

2、使用设备树以后的设备匹配方法

当 Linux 内核引入设备树以后就不再使用 MACHINE_START 了，而是换为了

DT_MACHINE_START。DT_MACHINE_START也定义在文件arch/arm/include/asm/mach/arch.h

里面，定义如下：

#define DT_MACHINE_START(_name, _namestr)        \
static const struct machine_desc __mach_desc_##_name \
    __used                                         \
    __attribute__((__section__(".arch.info.init"))) = { \
        .nr     = ~0,                              \
        .name   = _namestr,

可以看出，DT_MACHINE_START和MACHINE_START基本相同，只是.nr的设置不同，

在DT_MACHINE_START里面直接将.nr设置为~0。说明引入设备树以后不会再根据machine

id来检查Linux内核是否支持某个设备了。

打开文件arch/arm/mach-imx/mach-imx6ul.c，有如下所示内容：

static const char *imx6ul_dt_compat[] __initconst = {
    "fsl,imx6ul",
    "fsl,imx6ull",
    NULL,
};

DT_MACHINE_START(IMX6UL, "Freescale i.MX6 Ultralite (Device Tree)")
    .map_io     = imx6ul_map_io,
    .init_irq   = imx6ul_init_irq,
    .init_machine   = imx6ul_init_machine,
    .init_late  = imx6ul_init_late,
    .dt_compat  = imx6ul_dt_compat,
MACHINE_END

machine_desc结构体中有个.dt_compat成员变量，此成员变量保存着本设备兼容属性，示

例代码中设置.dt_compat = imx6ul_dt_compat，imx6ul_dt_compat表里面有"fsl,imx6ul"

和"fsl,imx6ull"这两个兼容值。只要某个设备(板子)根节点"/"的 compatible 属性值与

imx6ul_dt_compat表中的任何一个值相等，那么就表示Linux内核支持此设备。imx6ull-alientek-

emmc.dts中根节点的compatible属性值如下：

compatible = "fsl,imx6ull-14x14-evk", "fsl,imx6ull"; 

其中"fsl,imx6ull"与imx6ul_dt_compat中的"fsl,imx6ull"匹配，因此I.MX6U-ALPHA开

发板可以正常启动Linux内核。如果将imx6ull-alientek-emmc.dts根节点的compatible属性改为

其他的值，比如：

compatible = "fsl,imx6ull-14x14-evk", "fsl,imx6ullll" 

重新编译DTS，并用新的DTS启动Linux内核，结果如图所示的错误提示：

当我们修改了根节点compatible属性内容以后，因为Linux内核找不到对应的设备，因此

Linux内核无法启动。在uboot输出Starting kernel...以后就再也没有其他信息输出了。

接下来我们简单看一下Linux内核是如何根据设备树根节点的compatible属性来匹配出对

应的 machine_desc，Linux 内核调用 start_kernel 函数来启动内核，start_kernel 函数会调用

setup_arch函数来匹配machine_desc，setup_arch函数定义在文件arch/arm/kernel/setup.c中，函

数内容如下(有缩减)：

void __init setup_arch(char **cmdline_p)
{
    const struct machine_desc *mdesc;

    setup_processor();
    mdesc = setup_machine_fdt(__atags_pointer);
    if (!mdesc)
        mdesc = setup_machine_tags(__atags_pointer, __machine_arch_type);
    machine_desc = mdesc;
    machine_name = mdesc->name;
    ......
}

调用setup_machine_fdt函数来获取匹配的machine_desc，参数就是atags的首

地址，也就是uboot传递给Linux内核的dtb文件首地址，setup_machine_fdt函数的返回值就是

找到的最匹配的machine_desc。

函数setup_machine_fdt定义在文件arch/arm/kernel/devtree.c中，内容如下(有缩减)：

const struct machine_desc * __init setup_machine_fdt(unsigned int dt_phys)
{
    const struct machine_desc *mdesc, *mdesc_best = NULL;

    if (!dt_phys || !early_init_dt_verify(phys_to_virt(dt_phys)))
        return NULL;

    mdesc = of_flat_dt_match_machine(mdesc_best, arch_get_next_mach);

    __machine_arch_type = mdesc->nr;

    return mdesc;
}

调用函数of_flat_dt_match_machine来获取匹配的machine_desc，参数mdesc_best

是默认的 machine_desc，参数 arch_get_next_mach 是个函数，此函数定义在定义在

arch/arm/kernel/devtree.c 文件中。找到匹配的 machine_desc 的过程就是用设备树根节点的

compatible属性值和Linux内核中保存的所以machine_desc结构的. dt_compat中的值比较，看

看那个相等，如果相等的话就表示找到匹配的machine_desc，arch_get_next_mach函数的工作就

是获取Linux内核中下一个machine_desc结构体。

最后再来看一下of_flat_dt_match_machine函数，此函数定义在文件drivers/of/fdt.c中，内

容如下(有缩减)：

const void * __init of_flat_dt_match_machine(const void *default_match,
        const void * (*get_next_compat)(const char * const**))
{
    const void *data = NULL;
    const void *best_data = default_match;
    const char *const *compat;
    unsigned long dt_root;
    unsigned int best_score = ~1, score = 0;

    dt_root = of_get_flat_dt_root();
    while ((data = get_next_compat(&compat))) {
        score = of_flat_dt_match(dt_root, compat);
        if (score > 0 && score < best_score) {
            best_data = data;
            best_score = score;
        }
    }

    pr_info("Machine model: %s\n", of_flat_dt_get_machine_name());

    return best_data;
}

通过函数of_get_flat_dt_root获取设备树根节点。

此循环就是查找匹配的machine_desc过程，第716行的of_flat_dt_match函数会将根节点compatible属性的值和每个machine_desc结构体中. dt_compat的值进行比较，直至找到匹配的那个machine_desc。

总结一下，Linux内核通过根节点compatible属性找到对应的设备的函数调用过程，如图

3.5 向节点追加或修改内容

产品开发过程中可能面临着频繁的需求更改，比如第一版硬件上有一个IIC接口的六轴芯

片MPU6050，第二版硬件又要把这个MPU6050更换为MPU9250等。一旦硬件修改了，我们

就要同步的修改设备树文件，毕竟设备树是描述板子硬件信息的文件。假设现在有个六轴芯片

fxls8471，fxls8471要接到I.MX6U-ALPHA开发板的I2C1接口上，那么相当于需要在i2c1这

个节点上添加一个fxls8471子节点。先看一下I2C1接口对应的节点，打开文件imx6ull.dtsi文

件，找到如下所示内容：

i2c1: i2c@021a0000 {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    compatible = "fsl,imx6ul-i2c", "fsl,imx21-i2c";
    reg = <0x021a0000 0x4000>;
    interrupts = <GIC_SPI 36 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    clocks = <&clks IMX6UL_CLK_I2C1>;
    status = "disabled";
};

示例代码就是I.MX6ULL的I2C1节点，现在要在i2c1节点下创建一个子节点，这个子节点就是fxls8471，最简单的方法就是在i2c1下直接添加一个名为fxls8471的子节点，如下所示：

i2c1: i2c@021a0000 {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    compatible = "fsl,imx6ul-i2c", "fsl,imx21-i2c";
    reg = <0x021a0000 0x4000>;
    interrupts = <GIC_SPI 36 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    clocks = <&clks IMX6UL_CLK_I2C1>;
    status = "disabled";

    //fxls8471子节点
    fxls8471@1e {
        compatible = "fsl,fxls8471";
        reg = <0x1e>;
    };
};

添加的fxls8471这个芯片对应的子节点。但是这样会有个问题！i2c1节点是定义在imx6ull.dtsi文件中的，而imx6ull.dtsi是设备树头文件，其他所有使用到I.MX6ULL这颗SOC的板子都会引用imx6ull.dtsi这个文件。直接在i2c1节点中添加fxls8471就相当于在其他的所有板子上都添加了fxls8471这个设备，但是其他的板子并没有这个设备啊！因此，按照示例代码这样写肯定是不行的。

这里就要引入另外一个内容，那就是如何向节点追加数据，我们现在要解决的就是如何向

i2c1节点追加一个名为fxls8471的子节点，而且不能影响到其他使用到I.MX6ULL的板子。

I.MX6U-ALPHA 开发板使用的设备树文件为imx6ull-alientek-emmc.dts，因此我们需要在

imx6ull-alientek-emmc.dts文件中完成数据追加的内容，方式如下：

 &i2c1 { 
   /* 要追加或修改的内容 */ 
 }; 

第1行，&i2c1表示要访问i2c1这个label所对应的节点，也就是imx6ull.dtsi中的"i2c1:

i2c@021a0000"。

第2行，花括号内就是要向i2c1这个节点添加的内容，包括修改某些属性的值。

打开imx6ull-alientek-emmc.dts，找到如下所示内容：

&i2c1 {
    clock-frequency = <100000>;
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_i2c1>;
    status = "okay";

    mag3110@0e {
        compatible = "fsl,mag3110";
        reg = <0x0e>;
        position = <2>;
    };

    fxls8471@1e {
        compatible = "fsl,fxls8471";
        reg = <0x1e>;
        position = <0>;
        interrupt-parent = <&gpio5>;
        interrupts = <0 8>;
    };
};

示例代码就是向i2c1节点添加/修改数据，比如第225行的属性"clock-frequency"就表示i2c1时钟为100KHz。"clock-frequency"就是新添加的属性。

将status属性的值由原来的disabled改为okay。

i2c1子节点mag3110，因为NXP官方开发板在I2C1上接了一个磁力计芯片mag3110，正点原子的I.MX6U-ALPHA开发板并没有使用mag3110。

i2c1子节点fxls8471，同样是因为NXP官方开发板在I2C1上接了fxls8471

这颗六轴芯片。

因为示例代码中的内容是imx6ull-alientek-emmc.dts这个文件内的，所以不会对使用I.MX6ULL这颗SOC的其他板子造成任何影响。这个就是向节点追加或修改内容，重点

就是通过&label来访问节点，然后直接在里面编写要追加或者修改的内容。

4 创建小型模板设备树

上一节已经对DTS的语法做了比较详细的讲解，本节我们就根据前面讲解的语法，从头到

尾编写一个小型的设备树文件。当然了，这个小型设备树没有实际的意义，做这个的目的是为

了掌握设备树的语法。在实际产品开发中，我们是不需要完完全全的重写一个.dts设备树文件，

一般都是使用SOC厂商提供好的.dts文件，我们只需要在上面根据自己的实际情况做相应的修

改即可。在编写设备树之前要先定义一个设备，我们就以I.MX6ULL这个SOC为例，我们需要

在设备树里面描述的内容如下：

①、I.MX6ULL这个Cortex-A7架构的32位CPU。

②、I.MX6ULL内部ocram，起始地址0x00900000，大小为128KB(0x20000)。

③、I.MX6ULL内部aips1域下的ecspi1外设控制器，寄存器起始地址为0x02008000，大

小为0x4000。

④、I.MX6ULL内部aips2域下的usbotg1外设控制器，寄存器起始地址为0x02184000，大

小为0x4000。

⑤、I.MX6ULL内部aips3域下的rngb外设控制器，寄存器起始地址为0x02284000，大小

为0x4000。

为了简单起见，我们就在设备树里面就实现这些内容即可，首先，搭建一个仅含有根节点

"/"的基础的框架，新建一个名为myfirst.dts文件，在里面输入如下所示内容：

 / { 
     
        compatible = "fsl,imx6ull-alientek-evk", "fsl,imx6ull"; 
 } 

设备树框架很简单，就一个根节点"/"，根节点里面只有一个compatible属性。我们就在这

个基础框架上面将上面列出的内容一点点添加进来。

1、添加cpus节点

/ {
    compatible = "fsl,imx6ull-alientek-evk", "fsl,imx6ull";

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

        //CPU0节点
        cpu0: cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a7";
            device_type = "cpu";
            reg = <0>;
        };
    };
}

cpus节点，此节点用于描述SOC内部的所有CPU，因为I.MX6ULL只有一个

CPU，因此只有一个cpu0子节点。

2、添加soc节点

像uart，iic控制器等等这些都属于SOC内部外设，因此一般会创建一个叫做soc的父节点

来管理这些SOC内部外设的子节点，添加soc节点以后的myfirst.dts文件内容如下所示：

/ {
    compatible = "fsl,imx6ull-alientek-evk", "fsl,imx6ull";
    
    cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
        
        cpu0: cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a7";
            device_type = "cpu";
            reg = <0>;
        };
    };
    
    soc {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        compatible = "simple-bus";
        ranges;
    };
}

soc节点设置#address-cells = <1>，#size-cells = <1>，这样soc子节点的reg属性中起始地占用一个字长，地址空间长度也占用一个字长。

ranges属性，ranges属性为空，说明子空间和父空间地址范围相同。

3、添加ocram节点

根据第②点的要求，添加ocram节点，ocram是I.MX6ULL内部RAM，因此ocram节点应

该是soc节点的子节点。ocram起始地址为0x00900000，大小为128KB(0x20000)，添加ocram

节点以后myfirst.dts文件内容如下所示：

/ {
    compatible = "fsl,imx6ull-alientek-evk", "fsl,imx6ull";
    
    cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
 
        cpu0: cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a7";
            device_type = "cpu";
            reg = <0>;
        };
    };
     
    soc {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        compatible = "simple-bus";
        ranges;
         
        ocram: sram@00900000 {
            compatible = "fsl,lpm-sram";
            reg = <0x00900000 0x20000>;
        };
    }    
}

ocram节点，第24行节点名字@后面的0x00900000就是ocram的起始地址。第26行的reg属性也指明了ocram内存的起始地址为0x00900000，大小为0x20000。

4、添加aips1、aips2和aips3这三个子节点

I.MX6ULL内部分为三个域：aips1~3，这三个域分管不同的外设控制器.

我们先在设备树中添加这三个域对应的子节点。aips1~3这三个域都属于soc节点的子节点，
完成以后的myfirst.dts文件内容如下所示：
/ {
    compatible = "fsl,imx6ull-alientek-evk", "fsl,imx6ull";
    
    cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
 
        //CPU0节点
        cpu0: cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a7";
            device_type = "cpu";
            reg = <0>;
        };
    };
     
    //soc节点
    soc {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        compatible = "simple-bus";
        ranges;
           
        //ocram节点
        ocram: sram@00900000 {
            compatible = "fsl,lpm-sram";
            reg = <0x00900000 0x20000>;
        };
           
        //aips1节点
        aips1: aips-bus@02000000 {
            compatible = "fsl,aips-bus", "simple-bus";
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <1>;
            reg = <0x02000000 0x100000>;
            ranges;  
        }
 
        //aips2节点
        aips2: aips-bus@02100000 {
            compatible = "fsl,aips-bus", "simple-bus";
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <1>;
            reg = <0x02100000 0x100000>;
            ranges;
        }
     
        //aips3节点    
        aips3: aips-bus@02200000 {
            compatible = "fsl,aips-bus", "simple-bus";
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <1>;
            reg = <0x02200000 0x100000>;
            ranges;
        }
    }
}

5、添加ecspi1、usbotg1和rngb这三个外设控制器节点

最后我们在myfirst.dts文件中加入ecspi1，usbotg1和rngb这三个外设控制器对应的节点，

其中ecspi1属于aips1的子节点，usbotg1属于aips2的子节点，rngb属于aips3的子节点。最终

的myfirst.dts文件内容如下：

/ {
    compatible = "fsl,imx6ull-alientek-evk", "fsl,imx6ull";
    
    cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
 
        //CPU0节点
        cpu0: cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a7";
            device_type = "cpu";
            reg = <0>;
        };
    };
      
    //soc节点
    soc {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        compatible = "simple-bus";
        ranges;
          
        //ocram节点
        ocram: sram@00900000 {
            compatible = "fsl,lpm-sram";
            reg = <0x00900000 0x20000>;
        };
          
        //aips1节点
        aips1: aips-bus@02000000 {
            compatible = "fsl,aips-bus", "simple-bus";
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <1>;
            reg = <0x02000000 0x100000>;
            ranges;  
              
            //ecspi1节点
            ecspi1: ecspi@02008000 {
                #address-cells = <1>;
                #size-cells = <0>;
                compatible = "fsl,imx6ul-ecspi", "fsl,imx51-ecspi";
                reg = <0x02008000 0x4000>;
                status = "disabled";
            };
        }
      
        //aips2节点
        aips2: aips-bus@02100000 {
            compatible = "fsl,aips-bus", "simple-bus";
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <1>;
            reg = <0x02100000 0x100000>;
            ranges;
              
            //usbotg1节点
            usbotg1: usb@02184000 {
                compatible = "fsl,imx6ul-usb", "fsl,imx27-usb";
                reg = <0x02184000 0x200>;
                status = "disabled";
            };
        }
      
        //aips3节点    
        aips3: aips-bus@02200000 {
            compatible = "fsl,aips-bus", "simple-bus";
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <1>;
            reg = <0x02200000 0x100000>;
            ranges;
              
            //rngb节点
            rngb: rngb@02284000 {
                compatible = "fsl,imx6sl-rng", "fsl,imx-rng", "imx-rng";
                reg = <0x02284000 0x4000>;
            };
        }
    }
}

至此，myfirst.dts这个小型的模板设备树就编写好了，基本和imx6ull.dtsi很像，可以看做

是imx6ull.dtsi的缩小版。在myfirst.dts里面我们仅仅是编写了I.MX6ULL的外设控制器节点，

像IIC接口，SPI接口下所连接的具体设备我们并没有写，因为具体的设备其设备树属性内容不

同，这个等到具体的实验在详细讲解。

5 设备树在系统中的体现

Linux内核启动的时候会解析设备树中各个节点的信息，并且在根文件系统的/proc/device-

tree目录下根据节点名字创建不同文件夹，如图

目录/proc/device-tree目录下的内容，/proc/device-tree目录下是根节点"/"的所有属性和子节点，我们依次来看一下这些属性和子节点.

1、根节点"/"各个属性

根节点属性属性表现为一个个的文件(图中细字体文件)，比如图的"#address-cells"、"#size-cells"、"compatible"、"model"和"name"这5个文件，它们在设备树中就是根节点的5个属性。既然是文件那么肯定可以查看其内容，输入cat命令来查看model和compatible这两个文件的内容，结果如图

2、根节点"/"各子节点

图中各个文件夹(途中粗字体文件夹)就是根节点"/"的各个子节点，比如"aliases"、

"backlight"、"chosen"和"clocks"等等。大家可以查看一下 imx6ull-alientek-emmc.dts 和

imx6ull.dtsi这两个文件，看看根节点的子节点都有哪些，看看是否和图中的一致。

/proc/device-tree目录就是设备树在根文件系统中的体现，同样是按照树形结构组织的，进

入/proc/device-tree/soc目录中就可以看到soc节点的所有子节点，如图所示：

和根节点"/"一样，图中的所有文件分别为soc节点的属性文件和子节点文件夹。大家可以自行查看一下这些属性文件的内容是否和imx6ull.dtsi中soc节点的属性值相同，也可以进入"busfreq"这样的文件夹里面查看soc节点的子节点信息。