【Linux驱动开发】第12天：Linux设备树核心：树形结构+节点+属性完整全解

1. 设备树树形结构概述

设备树采用分层树形结构 描述硬件，和计算机的文件系统目录结构几乎完全一致。它以根节点为起点，向下逐层展开，真实反映了计算机系统中硬件的物理连接关系。

1.1 树形结构的三大核心元素

设备树的所有内容都由这三个基本元素组成：

复制代码

根节点(/)
├── 子节点1（代表一个硬件设备）
│   ├── 属性1 = 值1（描述设备特性）
│   ├── 属性2 = 值2
│   └── 孙子节点1（代表子设备）
│       └── 属性3 = 值3
└── 子节点2
    └── 属性4 = 值4

根节点 ：所有节点的父节点，用/表示，每个设备树有且只有一个
节点：每个硬件设备对应一个节点，节点可以包含子节点，形成分层结构
属性：每个节点包含多个键值对形式的属性，用于描述设备的具体硬件信息

1.2 最简完整设备树示例

dts 复制代码

/dts-v1/;  // 设备树版本号，必须是第一行

/ {  // 根节点
    compatible = "myvendor,myboard";
    model = "My Custom Development Board";

    // 片上系统节点，包含所有内部外设
    soc {
        compatible = "simple-bus";
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <1>;
        ranges;

        // UART串口节点
        uart@12340000 {
            compatible = "myvendor,my-uart";
            reg = <0x12340000 0x1000>;
            interrupts = <5>;
            status = "okay";
        };

        // GPIO控制器节点
        gpio@12341000 {
            compatible = "myvendor,my-gpio";
            reg = <0x12341000 0x1000>;
            gpio-controller;
            #gpio-cells = <2>;
            status = "okay";
        };
    };

    // 外接LED节点
    leds {
        compatible = "gpio-leds";

        blue-led {
            label = "blue:user";
            gpios = <&gpio 13 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        };
    };
};

2. 节点（Node）全解：命名规范+标准节点+常用设备节点

节点是设备树的基本单元，每个硬件设备对应一个节点。

2.1 节点命名规范（必须严格遵守）

不符合规范的节点会导致内核解析失败，驱动无法匹配。

标准命名格式

复制代码

节点名@单元地址

各部分含义

节点名 ：描述设备的通用类型，如cpu、memory、uart、i2c
- 只能使用小写字母、数字和连字符-
- 不能使用下划线_、空格或其他特殊字符
- 尽量使用内核通用的设备类型名，不要使用厂商自定义名称
@单元地址：设备的唯一地址标识
- 内存映射设备：寄存器基地址（十六进制）
- I2C/SPI设备：从机地址/片选号
- CPU：CPU编号
- 作用：区分同类型的不同设备

正确与错误命名对比

正确命名	错误命名	错误原因
`uart@12340000`	`UART@12340000`	使用了大写字母
`i2c@12341000`	`i2c_controller@12341000`	节点名过长，应使用通用类型名
`led@1`	`led_1`	使用了下划线，缺少@和单元地址
`cpu@0`	`cpu0`	缺少@和单元地址

2.2 标准节点（每个设备树都必须包含）

这些节点不对应具体的外设，而是提供系统级的全局信息。

1. 根节点 `/`

作用：整个设备树的起点，包含系统全局信息

必须属性 ：

dts 复制代码

/ {
    compatible = "厂商,板级型号";  // 板级兼容属性，匹配内核板级支持包
    model = "开发板全称";        // 人类可读的开发板名称
    #address-cells = <1>;        // 子节点reg属性中地址部分占几个32位整数
    #size-cells = <1>;           // 子节点reg属性中长度部分占几个32位整数
};

2. `/aliases` 别名节点

作用：给节点起简短别名，方便内核和驱动引用

示例：

dts 复制代码

aliases {
    serial0 = &uart4;    // 给uart4节点起别名serial0
    i2c1 = &i2c1;        // 给i2c1节点起别名i2c1
    led0 = &blue_led;    // 给LED节点起别名led0
};

用途：内核通过别名快速找到特定设备，如console=ttySTM0对应serial0别名

3. `/chosen` 选择节点

作用：传递内核启动参数和运行时配置
最重要属性 ：bootargs（内核命令行参数）

示例：

dts 复制代码

chosen {
    bootargs = "console=ttySTM0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rootwait rw";
    stdout-path = &uart4;  // 指定标准输出设备
};

4. `/memory` 内存节点

作用：描述系统物理内存信息

必须属性 ：

dts 复制代码

memory@c0000000 {
    device_type = "memory";  // 固定值，标识这是内存节点
    reg = <0xc0000000 0x20000000>;  // 基地址0xc0000000，长度0x20000000（512MB）
};

5. `/cpus` CPU节点

作用：描述系统中的CPU核心信息
结构：包含一个或多个cpu@x子节点

示例：

dts 复制代码

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

    cpu@0 {
        compatible = "arm,cortex-a7";
        device_type = "cpu";
        reg = <0>;  // CPU编号
        clock-frequency = <800000000>;  // CPU主频800MHz
    };

    cpu@1 {
        compatible = "arm,cortex-a7";
        device_type = "cpu";
        reg = <1>;
        clock-frequency = <800000000>;
    };
};

6. `/soc` 片上系统节点

作用：包含所有片上外设（UART、I2C、SPI、GPIO等）

必须属性 ：

dts 复制代码

soc {
    compatible = "simple-bus";  // 告诉内核这是一个简单总线
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    ranges;  // 地址映射，空表示子节点地址与父节点地址相同

    // 所有片上外设节点都放在这里
    uart@40010000 { ... };
    i2c@40012000 { ... };
    gpio@50002000 { ... };
};

2.3 驱动开发最常用的通用设备节点

1. 总线类节点

（1）UART串口节点

dts 复制代码

uart4: serial@40010000 {
    compatible = "st,stm32mp157-uart";
    reg = <0x40010000 0x400>;  // 寄存器基地址和长度
    interrupts = <52>;         // 中断号
    clocks = <&rcc UART4_CLK>; // 时钟
    status = "okay";           // 启用设备
};

（2）I2C总线节点

dts 复制代码

i2c1: i2c@40012000 {
    compatible = "st,stm32mp157-i2c";
    reg = <0x40012000 0x400>;
    interrupts = <31>;
    #address-cells = <1>;  // 子节点reg占1个cell（I2C从地址）
    #size-cells = <0>;     // 子节点reg没有长度部分
    clock-frequency = <100000>;  // I2C总线频率100kHz
    status = "okay";

    // I2C从设备节点
    eeprom@50 {
        compatible = "atmel,24c02";
        reg = <0x50>;  // I2C从机地址0x50
    };
};

（3）SPI总线节点

dts 复制代码

spi1: spi@40013000 {
    compatible = "st,stm32mp157-spi";
    reg = <0x40013000 0x400>;
    interrupts = <32>;
    #address-cells = <1>;  // 子节点reg占1个cell（片选号）
    #size-cells = <0>;
    status = "okay";

    // SPI从设备节点
    flash@0 {
        compatible = "winbond,w25q64";
        reg = <0>;  // 片选号0
        spi-max-frequency = <10000000>;  // 最大SPI频率10MHz
    };
};

（4）GPIO控制器节点

dts 复制代码

gpioa: gpio@50002000 {
    compatible = "st,stm32mp157-gpio";
    reg = <0x50002000 0x400>;
    gpio-controller;  // 标识这是一个GPIO控制器
    #gpio-cells = <2>; // GPIO引用需要2个参数：引脚号+极性
    status = "okay";
};

2. 外设类节点

（1）LED节点

dts 复制代码

leds {
    compatible = "gpio-leds";

    blue_led: led-blue {
        label = "blue:user";  // LED名称
        gpios = <&gpioa 13 GPIO_ACTIVE_HIGH>;  // 使用GPIOA13，高电平点亮
        linux,default-trigger = "heartbeat";  // 默认心跳模式
    };
};

（2）按键节点

dts 复制代码

keys {
    compatible = "gpio-keys";

    key-user {
        label = "user-key";
        gpios = <&gpioc 13 GPIO_ACTIVE_LOW>;  // GPIOC13，低电平有效
        linux,code = <KEY_ENTER>;  // 按键码
    };
};

3. 属性（Property）全解：类型+核心属性+总线专用属性

属性是节点的核心，用于描述设备的具体硬件特性，采用键值对形式。

3.1 属性的5种基本类型

类型	语法	示例	用途
字符串类型	双引号`""`包裹	`compatible = "st,stm32-uart";`	描述名称、兼容属性、状态
32位整数类型	尖括号`<>`包裹	`reg = <0x12340000 0x1000>;`	描述地址、长度、中断号
字节数组类型	方括号`[]`包裹	`mac-address = [00 11 22 33 44 55];`	描述MAC地址、二进制数据
布尔类型	只有属性名，没有值	`gpio-controller;`	标识设备具有某种特性
字符串数组类型	多个字符串用逗号分隔	`compatible = "st,stm32-uart", "arm,pl011-uart";`	多个兼容属性

3.2 核心属性（驱动开发每天都会用到）

这些属性是所有设备节点通用的，也是最重要的属性。

1. `compatible`（最重要，驱动匹配唯一依据）

作用：设备和驱动之间的"配对暗号"
格式："厂商,设备型号"
匹配规则 ：内核从左到右依次匹配驱动的of_device_id表，匹配到第一个就停止

示例：

dts 复制代码

compatible = "st,stm32mp157-uart", "arm,pl011-uart";

注意：必须和驱动代码中的字符串完全一致，一个字符都不能错，否则驱动永远不会执行probe函数

2. `reg`（地址资源描述）

作用：描述设备的寄存器地址范围或总线地址
格式：由父节点的#address-cells和#size-cells决定
- 父节点#address-cells = <1>，#size-cells = <1>：格式为<基地址长度>
- 父节点#address-cells = <2>，#size-cells = <2>：格式为<addr_high addr_low len_high len_low>

示例：

dts 复制代码

// 内存映射设备
reg = <0x40010000 0x400>;  // 基地址0x40010000，长度0x400

// I2C设备（父节点#size-cells=0）
reg = <0x50>;  // I2C从机地址0x50

// SPI设备（父节点#size-cells=0）
reg = <0>;  // SPI片选号0

3. `status`（设备状态控制）

作用：控制设备是否启用
有效值 ：

值含义

okay 设备正常启用

disabled 设备禁用，内核会忽略该节点

fail 设备存在但工作异常
注意：
- 父节点status = "disabled"时，所有子节点都会被递归忽略
- .dtsi文件中节点默认状态通常是disabled，在.dts文件中显式改为okay启用

值	含义
`okay`	设备正常启用
`disabled`	设备禁用，内核会忽略该节点
`fail`	设备存在但工作异常

4. `interrupts`（中断资源描述）

作用：描述设备使用的中断号和触发方式
格式：<中断号触发方式>
常用触发方式 ：
- IRQ_TYPE_EDGE_RISING：上升沿触发
- IRQ_TYPE_EDGE_FALLING：下降沿触发
- IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH：高电平触发
- IRQ_TYPE_LEVEL_LOW：低电平触发

示例：

dts 复制代码

interrupts = <52 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;  // 中断号52，高电平触发

5. `#address-cells` 和 `#size-cells`

作用：定义子节点reg属性的格式
#address-cells：用来描述子节点reg属性的地址表中用来描述首地址的元素所用字（cell）的数量，而每个字（cell）是一个无符号32位整形。
#size-cells：用来描述子节点reg属性的地址表中用来描述地址范围大小的元素所用字（cell）的数量，每个字（cell）是一个无符号32位整形。

示例：

dts 复制代码

soc {
    #address-cells = <1>;  // 子节点地址占1个cell
    #size-cells = <1>;     // 子节点长度占1个cell

    // 子节点reg格式：<addr len>
    uart@40010000 {
        reg = <0x40010000 0x400>;
    };
};

6. `ranges`（地址映射）

作用：定义子总线地址到父总线地址的映射关系
格式：<子地址父地址长度>
空值ranges;：表示子节点地址与父节点地址完全相同

示例：

dts 复制代码

soc {
    ranges = <0 0x40000000 0x10000000>;
    // 子地址0映射到父地址0x40000000，长度0x10000000
};

3.3 常用总线专用属性

1. I2C总线专用

clock-frequency：I2C总线频率，单位Hz
reg：I2C从机地址

2. SPI总线专用

spi-max-frequency：SPI设备最大工作频率，单位Hz
reg：SPI片选号
spi-cpol：时钟极性，1表示空闲时时钟为高电平
spi-cpha：时钟相位，1表示在第二个时钟沿采样

3. GPIO专用

gpio-controller：标识这是一个GPIO控制器
#gpio-cells：GPIO引用需要的参数个数，通常是2（引脚号+极性）
gpios：引用GPIO引脚，格式为<&gpio_controller 引脚号极性>
- GPIO_ACTIVE_HIGH：高电平有效
- GPIO_ACTIVE_LOW：低电平有效

4. 中断控制器专用

interrupt-controller：标识这是一个中断控制器
#interrupt-cells：中断引用需要的参数个数，通常是2（中断号+触发方式）
interrupt-parent：指定该设备的中断控制器

4. 标签与节点引用：设备树复用的核心

设备树通过标签和引用实现代码复用，这是.dtsi头文件机制的基础。

4.1 标签（Label）

在节点名前加标签名:，给节点起一个唯一的标识
作用：方便在其他地方引用该节点
示例：
dts 复制代码
```
uart4: serial@40010000 {
    ...
};
```

4.2 节点引用

使用&标签名引用已经定义的节点
主要用途：在.dts文件中修改.dtsi文件中定义的节点属性

示例：

dts 复制代码

// 在stm32mp157.dtsi中定义了uart4节点，默认状态是disabled
uart4: serial@40010000 {
    compatible = "st,stm32mp157-uart";
    reg = <0x40010000 0x400>;
    interrupts = <52>;
    status = "disabled";
};

// 在myboard.dts中引用uart4节点，修改为启用状态
&uart4 {
    status = "okay";
};

5. 常见错误与注意事项

节点名不规范：使用大写字母、下划线或特殊字符，导致内核解析失败
缺少@和单元地址：同类型的多个设备无法区分，驱动匹配混乱
属性值类型错误：应该用尖括号的用了双引号，应该用双引号的用了尖括号
compatible属性不匹配：设备树和驱动的compatible字符串不一致，导致probe不执行
忘记以空结尾 ：of_device_id表和数组类型的属性必须以空结尾
父节点禁用导致子节点失效 ：父节点status = "disabled"时，所有子节点都会被忽略

6. 总结：驱动开发必背节点与属性

必须掌握的节点

标准节点：/、/aliases、/chosen、/memory、/cpus、/soc
常用设备节点：uart、i2c、spi、gpio、leds、keys

必须掌握的属性

核心属性：compatible、reg、status、interrupts、#address-cells、#size-cells
总线属性：ranges、clock-frequency、spi-max-frequency
GPIO属性：gpios、gpio-controller、#gpio-cells

【Linux驱动开发】第12天：Linux设备树核心：树形结构+节点+属性 完整全解

目录

1. 设备树树形结构概述

1.1 树形结构的三大核心元素

1.2 最简完整设备树示例

2. 节点（Node）全解：命名规范+标准节点+常用设备节点

2.1 节点命名规范（必须严格遵守）

标准命名格式

各部分含义

正确与错误命名对比

2.2 标准节点（每个设备树都必须包含）

1. 根节点 /

2. /aliases 别名节点

3. /chosen 选择节点

4. /memory 内存节点

5. /cpus CPU节点

6. /soc 片上系统节点

2.3 驱动开发最常用的通用设备节点

1. 总线类节点

（1）UART串口节点

（2）I2C总线节点

（3）SPI总线节点

（4）GPIO控制器节点

2. 外设类节点

（1）LED节点

（2）按键节点

3. 属性（Property）全解：类型+核心属性+总线专用属性

3.1 属性的5种基本类型

3.2 核心属性（驱动开发每天都会用到）

1. compatible（最重要，驱动匹配唯一依据）

2. reg（地址资源描述）

3. status（设备状态控制）

4. interrupts（中断资源描述）

5. #address-cells 和 #size-cells

6. ranges（地址映射）

3.3 常用总线专用属性

1. I2C总线专用

2. SPI总线专用

3. GPIO专用

4. 中断控制器专用

4. 标签与节点引用：设备树复用的核心

4.1 标签（Label）

4.2 节点引用

5. 常见错误与注意事项

6. 总结：驱动开发必背节点与属性

必须掌握的节点

必须掌握的属性

【Linux驱动开发】第12天：Linux设备树核心：树形结构+节点+属性完整全解

1. 根节点 `/`

2. `/aliases` 别名节点

3. `/chosen` 选择节点

4. `/memory` 内存节点

5. `/cpus` CPU节点

6. `/soc` 片上系统节点

1. `compatible`（最重要，驱动匹配唯一依据）

2. `reg`（地址资源描述）

3. `status`（设备状态控制）

4. `interrupts`（中断资源描述）

5. `#address-cells` 和 `#size-cells`

6. `ranges`（地址映射）