从设备树到 ARM 驱动：嵌入式 Linux 驱动开发学习总结

1. 引言

在嵌入式 Linux 开发中，设备树（Device Tree）是连接硬件与驱动的重要桥梁。对于初学者而言，理解设备树与 ARM 驱动的关系，是掌握嵌入式 Linux 驱动开发的关键一步。本文基于实际学习过程，总结设备树的基本概念、语法结构，以及如何基于设备树编写 ARM Linux 驱动程序，帮助读者建立从硬件描述到驱动实现的完整认知。

2. 为什么需要设备树

在早期的 Linux 内核中，ARM 平台大量使用板级文件（如 arch/arm/mach-xxx/board-xxx.c）来描述硬件资源。这种方式存在明显问题：

硬件信息与内核代码耦合严重，每更换一块板子就要修改内核源码；
内核镜像无法在不同硬件平台间复用；
社区维护成本高，代码冗余。

设备树（Device Tree，DT）的出现解决了上述问题。它将硬件描述从内核源码中剥离出来，以独立的数据结构描述 CPU、内存、外设、中断、GPIO 等资源。内核启动时解析设备树，动态匹配驱动，实现「一套内核，多种硬件」的目标。

3. 设备树基础语法

设备树文件通常以 .dts（Device Tree Source）为后缀，经过 dtc 工具编译为 .dtb（Device Tree Blob）二进制文件，供内核解析。

3.1 基本结构

一个最简单的设备树节点如下：

dts 复制代码

/dts-v1/;

/ {
    compatible = "vendor,board-name";
    model = "My ARM Board";

    chosen {
        bootargs = "console=ttyS0,115200";
    };

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x10000000>;
    };

    led {
        compatible = "myvendor,led";
        reg = <0x40000000 0x10>;
        interrupts = <GIC_SPI 5 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    };
};

3.2 关键属性说明

compatible：驱动与设备匹配的关键字符串，格式为 "厂商,型号"；
reg：描述设备寄存器地址与长度，格式为 <地址长度>；
interrupts：描述中断号、触发类型；
status：可设为 "okay" 或 "disabled"，控制设备是否启用。

4. 设备树与驱动的匹配机制

Linux 内核中，驱动通过 of_match_table 与设备树节点进行匹配。当设备树中某个节点的 compatible 属性与驱动注册的匹配表一致时，内核便会调用驱动的 probe 函数。

c 复制代码

static const struct of_device_id led_of_match[] = {
    { .compatible = "myvendor,led" },
    { /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, led_of_match);

static struct platform_driver led_driver = {
    .probe  = led_probe,
    .remove = led_remove,
    .driver = {
        .name = "my-led",
        .of_match_table = led_of_match,
    },
};
module_platform_driver(led_driver);

5. 基于设备树的 ARM 驱动开发实战

下面以 LED 驱动为例，演示从设备树到驱动的完整流程。

5.1 设备树节点定义

dts 复制代码

led: led@40000000 {
    compatible = "myvendor,led";
    reg = <0x40000000 0x10>;
    interrupts = <GIC_SPI 5 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    status = "okay";
};

5.2 驱动端获取资源

在 probe 函数中，通过设备树 API 获取寄存器地址、中断号等资源：

c 复制代码

static int led_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct resource *res;
    struct led_dev *dev;

    dev = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*dev), GFP_KERNEL);
    if (!dev)
        return -ENOMEM;

    /* 获取寄存器地址 */
    res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
    dev->regs = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);
    if (IS_ERR(dev->regs))
        return PTR_ERR(dev->regs);

    /* 获取中断号 */
    dev->irq = platform_get_irq(pdev, 0);
    if (dev->irq < 0)
        return dev->irq;

    platform_set_drvdata(pdev, dev);
    return 0;
}

5.3 设备树 API 常用函数

函数	作用
`of_property_read_u32()`	读取 32 位整数属性
`of_property_read_string()`	读取字符串属性
`of_get_named_gpio()`	获取 GPIO 编号
`irq_of_parse_and_map()`	解析中断并映射
`platform_get_resource()`	获取寄存器资源

6. 学习心得与常见坑点

6.1 心得总结

设备树本质是「数据驱动」思想，驱动代码与硬件描述解耦，可移植性大幅提升；
掌握 compatible 匹配机制是理解设备树驱动的核心；
多读内核源码中的 Documentation/devicetree/bindings/ 目录，是学习设备树规范的最佳途径。

6.2 常见坑点

compatible 字符串拼写不一致导致驱动无法匹配；
reg 属性地址与芯片手册不一致，导致 ioremap 失败；
忘记在设备树中设置 status = "okay"，设备被内核跳过；
中断号配置错误，导致 request_irq 失败。

7. 总结

设备树是嵌入式 Linux 驱动开发中不可或缺的一环。通过本文的学习，我们从设备树的语法、匹配机制到实际驱动编写，建立了一个完整的知识框架。后续可以进一步深入设备树 overlays、pinctrl 子系统、GPIO 子系统等内容，逐步构建更扎实的嵌入式驱动开发能力。