Linux内核与驱动：12.设备树实例分析

本篇文章介绍一些基础的设备树实例分析，包括GPIO，中断，pinmux，cpu，时钟等内容，逐一拆建这些设备常见设备树形式，做到读懂，会改。

一、GPIO 相关

GPIO 是最基础的一块，因为 LED、按键、使能脚、复位脚、方向控制脚这些全都离不开 GPIO。

但你要先建立一个正确认识：

GPIO 在设备树里不是只有"一个属性"，而是分成"GPIO 控制器"和"GPIO 使用者"两类内容。

1. GPIO 控制器节点是什么

设备树里，GPIO 控制器节点表示：

谁来提供 GPIO 资源。

比如：

复制代码

gpio0: gpio@fdd60000 {
    compatible = "rockchip,gpio-bank";
    reg = <0x0 0xfdd60000 0x0 0x100>;
    gpio-controller;
    #gpio-cells = <2>;
};

你要把这段看成：

**gpio0：**这个节点的标签，后面别人会用 &gpio0 来引用它
**gpio@fdd60000：**这是一个 GPIO 控制器节点，它的寄存器基地址和这个地址有关
**compatible：**说明它是什么类型的 GPIO 控制器
**reg：**说明它的寄存器地址范围
**gpio-controller：**说明这个节点是gpio控制器，能给别人提供 GPIO
**#gpio-cells = <2>：**说明别的设备引用它时，要跟两个参数

2. `#gpio-cells` 到底是什么意思

你看到：

复制代码

#gpio-cells = <2>;

不要只记"等于 2"，而要理解成：

以后谁来引用这个 GPIO 控制器，就必须提供两个参数。

例如：

复制代码

led-gpios = <&gpio0 5 0>;

这里：

&gpio0 是被引用的 GPIO 控制器
后面 5 0 这两个参数，就对应 #gpio-cells = <2>

一般可粗略理解为：

第一个参数：bank 内的引脚号
第二个参数：标志位，比如高低电平有效性、开漏等

3. 使用 GPIO 的设备节点是什么

这类节点才是你平时最常改的。

例如 LED 节点：

复制代码

myled {
    compatible = "myvendor,myled";
    led-gpios = <&gpio0 5 0>;
    status = "okay";
};

你要会这样理解：

myled 是一个设备节点
它不是 GPIO 控制器，它只是"使用 GPIO 的设备"
led-gpios 表示这个设备要用一个 GPIO
&gpio0 表示这个 GPIO 来自 gpio0 控制器
5 0 是这个控制器所需的参数

所以你以后看到 xxx-gpios，第一反应应该是：

这个设备在向某个 GPIO 控制器申请引脚资源。

4. GPIO 在驱动里是怎么用起来的

设备树里写了：

复制代码

led-gpios = <&gpio0 5 0>;

驱动在 probe() 里会去读这个属性，比如通过：

of_get_named_gpio()
或更推荐的 devm_gpiod_get()

然后拿到一个 GPIO 资源句柄，接着：

设置输入/输出方向
输出高低电平
读取输入电平

所以你要理解：

设备树只是在"声明这个设备要用 GPIO"，真正拿到并控制 GPIO 的动作是在驱动里完成的。

5. GPIO 最容易混淆的地方

最容易混淆的是：

误区 1：以为 GPIO 只是一个引脚号

不是。

GPIO 在设备树里至少牵涉：

一个 GPIO 控制器节点
一个引用它的设备节点
若干参数

误区 2：以为引用 GPIO 就能直接用

也不一定，因为这个引脚还可能需要 pinmux 配置正确。

这就引出了下一部分。

二、pinmux 相关

pinmux 是你必须和 GPIO 一起学的。

如果只学 GPIO，不学 pinmux，后面你会经常遇到这种情况：

驱动里明明拿到 GPIO 了
输出高低电平也没报错
结果 LED 不亮、按键不响应

很可能不是 GPIO 错了，而是：

引脚压根没有被切到 GPIO 功能。

1. pinmux 本质是什么

pinmux 的本质是：

同一个物理引脚的功能选择。

一个脚可能可以复用成：

GPIO
UART_TX / UART_RX
SPI
I2C
PWM
SDIO

所以你不能只说"这个脚是 GPIO"，更准确地说应该是：

这个脚当前被 pinmux 配成 GPIO 功能。

2. 设备树里 pinmux 最常见长什么样

设备树里，pinmux 最常见会出现在设备节点里：

复制代码

myled {
    compatible = "myvendor,myled";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&led_pin>;
    led-gpios = <&gpio0 5 0>;
    status = "okay";
};

你要把这两行理解透：

`pinctrl-names = "default";`

表示这个设备有一个 pinctrl 状态，名字叫 default

`pinctrl-0 = <&led_pin>;`

表示编号 0 的这个状态，使用 &led_pin 这组引脚配置

也就是说：

设备在默认工作状态下，会套用 led_pin 这组 pin 配置。

3. 为什么有 GPIO 还要有 pinctrl

这是最核心的问题。

因为：

led-gpios = <&gpio0 5 0> 只说明"逻辑上使用这个 GPIO"
pinctrl-0 = <&led_pin> 才说明"物理引脚要切到正确功能"

你可以这样记：

GPIO

告诉驱动：我要用这个引脚做输入/输出

pinmux

告诉硬件：请把这个物理脚切成 GPIO 模式，而不是 UART/SPI/I2C 模式

所以：

GPIO 决定"怎么用"，pinmux 决定"能不能按这个方式用"。

4. pinctrl 节点你要看到什么程度

你现在不需要一开始就研究特别复杂的 pinctrl 大节点，但你至少要知道：

设备节点里会通过 pinctrl-0 引用某个 pin 配置
那个被引用的 pin 配置，通常定义在 pinctrl 控制器下面
它的作用就是把某些引脚设成某种复用功能

比如 LED 可能是"切成 GPIO 输出"，

UART 可能是"切成 TX/RX 功能"。

5. pinmux 这一块你必须掌握到什么程度

你至少要做到：

理解 pinmux 不是控制电平，而是选择引脚功能
看懂 pinctrl-names
看懂 pinctrl-0
知道 default 是一种常见的默认引脚状态
知道为什么很多设备节点既有 xxx-gpios 又有 pinctrl-0

6. pinmux 最容易混淆的地方

误区 1：把 pinmux 和 GPIO 当成一回事

不是。

GPIO：使用引脚做输入输出
pinmux：决定引脚当前能不能做 GPIO

误区 2：以为所有引脚默认就是 GPIO

很多引脚默认根本不是 GPIO，而是别的外设功能。

这也是为什么 pinmux 这一块一定要学。

三、中断相关：你必须真正掌握什么

中断这一块，建议你一定要结合"按键驱动"去理解。

因为中断不是只背几个 API，而是要看懂整条链路。

1. 中断在设备树里是什么角色

设备树里中断相关，本质上是在回答两个问题：

问题一

谁能提供中断？

这就是中断控制器节点。

问题二

谁要使用中断？

这就是设备节点里的 interrupts 、interrupt -parent。

2. 中断控制器节点要怎么看

你在某些节点里会看到：

复制代码

interrupt-controller;
#interrupt-cells = <2>;

这表示：

这个节点本身可以作为中断控制器
别人如果把它当作中断来源来引用，就要跟两个参数

比如 GPIO bank 很典型：

它既是 GPIO 控制器
也可以作为中断控制器

因为按键接到 GPIO 上时，GPIO 控制器可以检测边沿/电平变化，并上报中断。

所以一个节点里同时出现：

复制代码

gpio-controller;
interrupt-controller;

是很正常的。

3. 使用中断的设备节点怎么看

例如：

复制代码

mykey {
    compatible = "myvendor,mykey";
    interrupt-parent = <&gpio0>;
    interrupts = <5 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;
    status = "okay";
};

你要会看懂：

`interrupt-parent = <&gpio0>;`

表示这个设备的中断来源是 gpio0

`interrupts = <5 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;`

表示中断参数，比如：

第 5 号引脚/中断源
下降沿触发

所以这整段的意思是：

这个按键设备通过 GPIO0 提供中断能力，按某个触发方式触发中断。

4. 中断和 GPIO 的关系要怎么理解

按键这种场景里，GPIO 和中断经常是绑在一起的。

比如：

按键接在一个 GPIO 输入脚上
按键按下后引脚电平变化
GPIO 控制器检测到变化
GPIO 控制器向中断控制器上报
CPU 收到中断
驱动的中断处理函数执行

所以你要把中断链路理解成：

按键不是直接通知 CPU，而是先通过 GPIO 控制器，再进入中断链路。

5. 中断在驱动里怎么对应

设备树里写了：

interrupt-parent
interrupts

驱动在 probe() 里通常会去拿 IRQ 号，比如：

platform_get_irq()
或其他 OF/IRQ 相关接口

拿到 IRQ 后，再：

request_irq()
写中断处理函数

也就是说：

设备树声明"这个设备有中断资源"，驱动负责"把这个中断资源申请并用起来"。

6. 中断这一块你必须掌握到什么程度

你至少要做到：

看懂谁是中断控制器
看懂谁在使用中断
看懂 interrupt-parent
看懂 interrupts
理解为什么 GPIO 节点可能同时是 gpio-controller 和 interrupt-controller
能把"按键按下 -> GPIO 电平变化 -> 中断触发 -> 驱动处理函数执行"讲清楚

7. 中断最容易混淆的地方

误区 1：以为 `interrupts` 就是中断号本身

不总是。

它的具体格式依赖 interrupt-parent 对应的中断控制器。

误区 2：以为设备直接和 CPU 相连

很多时候不是。

中断路径中间往往还隔着 GPIO 控制器和中断控制器。

四、时钟相关

1. 先建立一个正确认识

时钟不是只有 CPU 才有。

你要记住：

很多外设控制器本身也依赖时钟。

比如：

GPIO 控制器
UART 控制器
PWM
SPI
I2C
定时器

这些模块内部有：

寄存器接口逻辑
状态机
采样逻辑
去抖逻辑
波特率/时序逻辑

这些很多都要靠时钟工作。

2. 设备树里时钟最常见的属性

你最需要看懂的是：

clocks
clock-names

例如：

复制代码

gpio0: gpio@fdd60000 {
    compatible = "rockchip,gpio-bank";
    reg = <0x0 0xfdd60000 0x0 0x100>;
    clocks = <&pmucru PCLK_GPIO0>, <&pmucru DBCLK_GPIO0>;
};

你要这样理解：

`&pmucru`

表示时钟提供者

`PCLK_GPIO0`

表示 GPIO0 模块的 APB/总线接口时钟

`DBCLK_GPIO0`

表示 GPIO0 模块的 debounce 或功能参考时钟

所以这不是"GPIO 对外输出时钟"，而是：

GPIO 控制器自己需要这些时钟资源。

3. `clock-names` 又是干什么的

有时候设备树里不仅写：

复制代码

clocks = <...>, <...>;

还会写：

复制代码

clock-names = "pclk", "dbclk";

作用就是：

给多个时钟资源起名字，方便驱动按名字去获取。

这样驱动里就不会只是"拿第 0 个、第 1 个时钟"，而是"拿 pclk、dbclk"。

4. 为什么驱动里要先开时钟

很多外设控制器如果时钟没开，可能会出现：

寄存器访问不正常
模块不响应
功能根本不起作用

所以驱动在 probe() 里，常常要先：

获取时钟
使能时钟

然后再：

映射寄存器
初始化硬件
注册中断或字符设备

所以你要建立一个意识：

设备树里的 clocks 是"设备模块工作资源"的一部分。

5. 时钟这一块你必须掌握到什么程度

你至少要做到：

看懂 clocks
看懂 clock-names
知道谁是时钟提供者
知道谁是时钟消费者
知道外设为什么也要时钟
知道驱动里通常要先使能时钟

6. 时钟最容易混淆的地方

误区 1：以为时钟就是 CPU 主频

不是。

CPU 时钟只是整个 SoC 时钟树的一部分。

误区 2：以为 GPIO 节点写时钟很奇怪

不奇怪。

因为 GPIO 不是一根线，而是一个片上控制器模块。

五、CPU 相关：你现在到底该掌握什么

CPU 这部分确实也在设备树里，但和前四部分比起来，当前优先级没那么高。

1. 设备树里 CPU 节点是什么样

通常会看到：

复制代码

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

    cpu@0 {
        device_type = "cpu";
        compatible = "arm,cortex-a55";
        reg = <0>;
    };
};

你要知道：

cpus 是 CPU 节点的容器
cpu@0 表示第 0 个 CPU 核
compatible 表示 CPU 类型
reg 通常表示 CPU 的逻辑编号

2. CPU 节点在设备树里为什么存在

设备树里描述 CPU，不是为了你写 LED 驱动用，而更多是为了：

启动阶段识别 CPU
多核系统描述
CPU 频率、电压、功耗管理
SMP 拓扑
中断和调度相关配置

也就是说：

CPU 设备树更多偏系统级，而不是单个外设驱动级。

3. 你当前对 CPU 最该掌握到什么程度

你现在只需要做到：

知道设备树里有 cpus 节点
知道 CPU 也有 compatible
知道 CPU 也会和时钟、电源、频率等资源关联
知道 CPU 是最终执行驱动代码、访问寄存器、响应中断的主体

你现在暂时不用深入：

OPP
DVFS
cpu-map
拓扑结构
cache / MMU 相关设备树细节

这些更偏系统启动和电源管理。

4. CPU 这块最容易混淆的地方

误区：以为 CPU 设备树和外设设备树是一个层级的重要性

对内核整体来说都重要。

Linux内核与驱动：12.设备树实例分析

一、GPIO 相关

1. GPIO 控制器节点是什么

2. #gpio-cells 到底是什么意思

3. 使用 GPIO 的设备节点是什么

4. GPIO 在驱动里是怎么用起来的

5. GPIO 最容易混淆的地方

误区 1：以为 GPIO 只是一个引脚号

误区 2：以为引用 GPIO 就能直接用

二、pinmux 相关

1. pinmux 本质是什么

2. 设备树里 pinmux 最常见长什么样

pinctrl-names = "default";

pinctrl-0 = <&led_pin>;

3. 为什么有 GPIO 还要有 pinctrl

GPIO

pinmux

4. pinctrl 节点你要看到什么程度

5. pinmux 这一块你必须掌握到什么程度

6. pinmux 最容易混淆的地方

误区 1：把 pinmux 和 GPIO 当成一回事

误区 2：以为所有引脚默认就是 GPIO

三、中断相关：你必须真正掌握什么

1. 中断在设备树里是什么角色

问题一

问题二

2. 中断控制器节点要怎么看

3. 使用中断的设备节点怎么看

interrupt-parent = <&gpio0>;

interrupts = <5 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;

4. 中断和 GPIO 的关系要怎么理解

5. 中断在驱动里怎么对应

6. 中断这一块你必须掌握到什么程度

7. 中断最容易混淆的地方

误区 1：以为 interrupts 就是中断号本身

误区 2：以为设备直接和 CPU 相连

四、时钟相关

1. 先建立一个正确认识

2. 设备树里时钟最常见的属性

&pmucru

PCLK_GPIO0

DBCLK_GPIO0

3. clock-names 又是干什么的

4. 为什么驱动里要先开时钟

5. 时钟这一块你必须掌握到什么程度

6. 时钟最容易混淆的地方

误区 1：以为时钟就是 CPU 主频

误区 2：以为 GPIO 节点写时钟很奇怪

五、CPU 相关：你现在到底该掌握什么

1. 设备树里 CPU 节点是什么样

2. CPU 节点在设备树里为什么存在

3. 你当前对 CPU 最该掌握到什么程度

4. CPU 这块最容易混淆的地方

误区：以为 CPU 设备树和外设设备树是一个层级的重要性

2. `#gpio-cells` 到底是什么意思

`pinctrl-names = "default";`

`pinctrl-0 = <&led_pin>;`

`interrupt-parent = <&gpio0>;`

`interrupts = <5 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;`

误区 1：以为 `interrupts` 就是中断号本身

`&pmucru`

`PCLK_GPIO0`

`DBCLK_GPIO0`

3. `clock-names` 又是干什么的