Linux内核与驱动：11.设备树

在嵌入式 Linux 开发中，设备树是一个绕不开的核心概念。它的出现，从根本上改变了驱动开发的方式，让"一套内核，多套硬件"成为可能。

本篇博客只讲最基础的内容，包括：

什么是设备树？
为什么要有设备树？
dts，dtsi，dtb 是什么？
设备树里最基本的节点、属性怎么写？
驱动和设备树是怎么对应起来的？

1.设备树基本概念

1.1什么是设备树？

在设备树出现之前，ARM 架构下的 Linux 开发曾面临一个严重的困境：硬件信息被硬编码在 C 源码中，每块电路板都需要定制独立的内核，导致内核镜像泛滥，维护成本极高，这与 Linux"一内核多平台"的目标严重冲突。

设备树的本质，就是一种 树状数据结构 ，用于描述硬件平台上那些 不能动态探测到的设备（如 CPU、内存、片内外设等）。它将硬件信息从内核源码中分离出来，保存在独立的配置文件中，内核启动时动态读取这些信息，自动加载适配驱动。

简单理解：设备树就是一份"硬件说明书"，告诉 Linux 内核这块板子上有哪些设备，以及它们的地址、中断号等配置参数。

设备树可以先简单理解成一句话：

设备树就是用来描述硬件信息的数据结构。

Linux 内核启动时，需要知道板子上有哪些外设，比如：

LED 接在哪个 GPIO
按键接在哪个 GPIO
UART 的寄存器地址是多少
I2C 控制器的中断号是多少

这些硬件信息不能写死在每个驱动里，否则同一个内核换一块板子就要改源码、重新编译，非常麻烦。

所以 Linux 引入了设备树，把这些和硬件板子相关的信息单独描述出来。

1.2设备树文件格式与编译工具

设备树涉及三种主要文件格式，理解它们的区别是入门的第一步：

文件类型	扩展名	说明
DTS	.dts	设备树源文件，人类可读的 ASCII 文本，一个 .dts 通常对应一个硬件平台
DTSI	.dtsi	设备树包含文件，描述 SoC 级别的公共信息（如 CPU 架构、外设寄存器地址等），可被多个 DTS 通过 #include 引用
DTB	.dtb	设备树二进制文件，由 DTS 编译生成，供 U-Boot 和 Linux 内核使用

从 DTS 到 DTB 的编译工具是 DTC（Device Tree Compiler）。典型用法如下：

bash 复制代码

# 编译 DTS 为 DTB
dtc -I dts -O dtb -o output.dtb input.dts

# 反编译 DTB 为 DTS（调试常用）
dtc -I dtb -O dts -o output.dts input.dtb

DTC 工具源码位于内核的 scripts/dtc 目录，也可通过 apt install device-tree-compiler 单独安装；

2.设备树的基本语法

设备树文件由节点（Node）和属性（Property）两种基本元素构成。

2.1节点

节点的基本格式为：

bash 复制代码

标签: 节点名@单元地址 {
    属性...
    子节点...
};

例如：

bash 复制代码

i2c1: i2c@1c2b400 {
    compatible = "vendor,i2c-controller";
    reg = <0x1c2b400 0x400>;
    /* 子节点和属性 */
};

/ 表示根节点
根节点下面可以挂很多子节点

bash 复制代码

/ {
    model = "my board";
    compatible = "myvendor,myboard";

    led0 {
        compatible = "myvendor,myled";
    };

    key0 {
        compatible = "myvendor,mykey";
    };
};

这里 led0 和 key0 就是两个子节点。

2.2属性

属性以键值对的形式描述设备特性，常见的数据类型有：

（1）身份与状态类

这类属性决定了 "你是谁" 以及 "当前系统用不用你" ，是内核平台总线（Platform Bus）进行设备与驱动匹配的绝对核心。

属性名称 (Property)	物理硬件含义 (硬件的世界)	内核与驱动行为 (软件的世界)
compatible	设备的"身份证号"。标明了具体的芯片制造商和器件的精确型号。	平台总线拿着这串字符与驱动代码里的.of_match_table 逐一比对。一旦字符串完全匹配，内核就会唤醒并执行该驱动的 probe函数。
status	电路的"物理开关"。描述该硬件模块在当前的电路板上是否实际存在（是否贴了芯片、是否飞了线）。	okay 表示启用，内核会为其分配内存并尝试挂载驱动；disable 表示禁用，内核解析器会直接忽略该节点，节省系统资源。

（2）硬件资源类

这类属性描述了设备在物理世界中的 "坐标与连线" 。驱动程序被唤醒后，必须靠这些属性才能真正找到硬件并对其发号施令。

属性名称 (Property)	物理硬件含义 (硬件的世界)	内核与驱动行为 (软件的世界)
reg	设备的"门牌号"。硬件模块在芯片内部总线上的绝对物理基地址，或者在外部通讯总线（如 I2C/SPI）上的从机地址。	驱动在 probe 中通过 platform_get_resource 获取该值，如果是内存地址，则进一步使用 ioremap 映射为可操作的虚拟地址指针。
interrupt-parent	中断的"直属上司"。该模块的物理中断报警线，具体接在了哪一个上级中断控制器（比如某组 GPIO）的身上。	告知内核中断的级联路由关系，让内核知道去哪个控制器那里为该设备申请虚拟中断号。
interrupts	中断的"触发条件"。具体接在第几号引脚？以及物理电平是如何跳变的（高/低电平，或上升/下降沿）。	内核解析此信息后，在内存中生成一个唯一的虚拟中断号 (VIRQ)。驱动程序随后使用 request_irq(virq, ...) 将中断处理函数注册到该号码上。
clocks	设备的"心脏起搏器"。硬件内部逻辑电路运行所依赖的物理振荡脉冲（频率源）。	驱动程序在读写任何 reg 寄存器之前，必须先调用 clk_enable() 开启这个时钟源。否则一旦访问未通时钟的寄存器，会导致总线死锁和内核崩溃。

示例：

bash 复制代码

/* 必须包含头文件，才能使用硬件对应的文本宏（如 RK_PB5, GPIO_ACTIVE_LOW） */
#include <dt-bindings/gpio/gpio.h>
#include <dt-bindings/interrupt-controller/irq.h>
#include <dt-bindings/pinctrl/rockchip.h>

/* 使用 & 符号引用在 .dtsi 中已经定义好的 i2c1 控制器节点 */
&i2c1 {
    /* 【身份与状态类】把 I2C1 控制器总闸打开 */
    status = "okay"; 

    /* 在 I2C1 总线下定义触摸屏节点，@38 只是节点命名习惯，表示地址 */
    touchscreen@38 {
        /* ================= 身份与状态类 ================= */
        
        /* 身份证号：内核拿着 "edt,edt-ft5206" 去驱动代码里找对应的 .c 文件 */
        compatible = "edt,edt-ft5206"; 
        
        /* 设备开关：表示板子上确实焊了这个触摸屏，请内核加载它 */
        status = "okay";               

        /* ================= 硬件资源类 ================= */
        
        /* 门牌号：I2C 通讯时的从机地址 (十六进制 0x38) */
        reg = <0x38>;                  

        /* 汇报线：这块屏幕的中断引脚，物理上连到了 gpio0 控制器上 */
        interrupt-parent = <&gpio0>;   
        
        /* 触发源：具体连在 gpio0 的 PB5 引脚，且硬件设计为下降沿触发中断 */
        interrupts = <RK_PB5 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>; 

        /* 物理连线：这块屏幕的复位引脚，物理上连到了 gpio0 的 PB6 引脚，低电平复位 */
        reset-gpios = <&gpio0 RK_PB6 GPIO_ACTIVE_LOW>; 
        
        /* (注：触摸屏自带内部振荡器，通常不需要系统给它分配 clocks 属性) */
    };
};

3.中断实例分析

作为驱动工程师，我们撰写 ft5x06 触摸屏的中断的设备树时，要根据以下步骤撰写：

1.查看 ft5x06 原理图，找到中断对应的 gpio口

可以看到是GPIO3_A5；

2.查找gpio的设备树源码

了解gpio对下规则

对设备树代码的理解：

硬件连接过程：外设-gpio-gpio控制器-GIC控制器-cpu（内核）；

所以，这个地方对gpio0的定义分为两部分，上半部分说明的是gpio作为普通外设，对上，对GIC的连接，下半部分是说明gpio作为gpio控制器或者中断控制器的作用，是对连接引脚的外设而言的，所以我们作为驱动开发者的话，我们要开发外设的驱动，肯定是要看下半部分的；

详细解释见：

3.找 ft5x06 对应的driver程序，确认name

最终得到的设备树代码如下：

bash 复制代码

/dts-v1/
/include "/home/topeet/source/linux/rk3568_linux_5.10/kernel/arch/arm64/boot/dts/rockchip/rk3568.dtsi"

/{
    model = "This is touchscreen dt"
    ft5x06@38{
        compatible = "edt,edt-ft5206" ;  //name需要在ft5x06的驱动源码中看
        interrupt-parent = <gpio0>;
        interrupts = <13,1>;      //等价于：interrupts=<RK PB5 IRQ_TYPE EDGE_RISING>; 用宏需要包含头文件
    }
}