简单来说,ranges 是一个地址转换表(Address Translation Table)
它的作用是:告诉内核,如何从"CPU 的视角"去访问"子总线(Bus)下面的设备"。
1. 为什么要转换?(核心痛点)
在嵌入式系统中,CPU 并不直接连接所有的外设。外设通常挂载在各种总线(Bus)上。
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子设备的世界: 设备自己认为自己在地址
0x0。 -
CPU 的世界: CPU 看到的这个设备可能在物理地址
0x40000000。
如果没有 ranges,CPU 就不知道该往哪里读写才能操作这个设备。ranges 就像一个桥梁,把子设备的局部地址映射到 CPU 的全局物理地址空间。
2. ranges 的语法格式
ranges 属性通常出现在父节点(通常是表示总线的节点,如 /soc 或 /pcie)中。它的值是一个数字列表,格式如下:
<Child-Bus-Address Parent-Bus-Address Length>
这三个部分构成了"地址映射三元组":
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Child-Bus-Address (子总线地址):子设备自己在总线上的起始地址。
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Parent-Bus-Address (父总线地址):CPU(或父总线)看到的起始地址。
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Length (长度):这段映射区域的大小。
注意 :这三个字段的具体长度(由几个 32-bit 数组成)分别由子节点的
#address-cells、父节点的#address-cells和子节点的#size-cells决定。
3. 举例说明(由浅入深)
情况 A:带偏移的映射(最标准用法)
假设有一个自定义总线 mybus,挂在它下面的设备从 0x0 开始编址,但实际在 CPU 看来,这段空间在 0x10000000。
cpp
/ {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
mybus@10000000 {
compatible = "simple-bus";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
/* 重点在这里 */
/* 子地址 0x0 映射到 父地址 0x10000000 长度 0x1000 */
ranges = <0x0 0x10000000 0x1000>;
/* mybus 下面的设备 */
gpio@0 {
compatible = "ns16550";
reg = <0x0 0x100>; // 设备说自己在 0x0
};
};
};
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解析: 当内核驱动想要访问这个
gpio时,它读到reg = <0x0 0x100>。 -
转换: 内核查看父节点的
ranges,发现0x0对应父地址0x10000000。 -
结果: CPU 最终访问的物理地址是
0x10000000。
情况 B:空 ranges (Identity Mapping,1:1 映射)
这是我们在 ARM SoC 的设备树中最常见 的写法。如果父子地址空间是完全一致的(也就是说,硬件上没有进行特殊的地址重映射),我们可以留空 ranges。
cpp
ranges;
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含义: 子总线的地址空间 = 父总线的地址空间。
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例子: 大多数 ARM SoC 内部的 AHB/APB 总线都是直接映射到 CPU 寻址空间的,不需要转换,所以经常看到空的
ranges。
情况 C:没有 ranges 属性
如果一个总线节点完全没有 ranges 属性。
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含义: 这是一个隔离的总线。CPU 无法直接通过内存读写(MMIO)来访问该总线下的设备。
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场景: 这种通常用于像 I2C 控制器这样的节点。I2C 设备挂在控制器下面,但 CPU 不能直接通过物理内存地址去读写 I2C 设备的寄存器,必须通过 I2C 驱动协议来通信。