ARM Linux 设备树
Linux 设备驱动开发详解:基于最新的Linux 4.0内核, 机械工业出版社, 宋宝华, 2015
1. 设备树的起源
• 背景: ARM架构中大量板级代码冗余,硬编码在mach-xxx
目录,设备树(Device Tree)引入结构化描述硬件。
• 目的: 减少内核冗余代码,通过设备树文件(.dts)传递硬件信息,由Bootloader加载至内核。
• 核心思想: 设备树以节点和属性形式描述硬件拓扑,如CPU、内存、外设、中断等。
2. 设备树的组成与结构
2.1 核心文件
• DTS (Device Tree Source): 文本格式描述硬件,支持.dtsi
包含(类似C头文件)。
• DTC (Device Tree Compiler): 编译工具,将DTS转换为DTB。
• DTB (Device Tree Blob): 二进制文件,由内核解析。
• 绑定文档(Binding): 说明节点属性规范(如Documentation/devicetree/bindings
)。
2.2 设备树结构
• 节点(Node): 表示设备或总线,如根节点/
,子节点cpu@0
。
• 属性(Property): 键值对描述硬件特性,如reg = <地址 长度>
、interrupts
。
• 标签(Label)与Phandle: 通过&label
引用节点,如&gpio0
表示GPIO控制器。
2.3 设备树示例
/ {compatible = "acme,coyotes-revenge"; // 根节点兼容性#address-cells = <1>; // 地址占1个cell#size-cells = <1>; // 长度占1个cellcpus {cpu@0 { compatible = "arm,cortex-a9"; reg = <0>; };cpu@1 { compatible = "arm,cortex-a9"; reg = <1>; };};serial@101f0000 {compatible = "arm,pl011";reg = <0x101f0000 0x1000>; // 寄存器地址和长度interrupts = <1 0>; // 中断号及触发方式};
};
3. 关键概念解析
3.1 兼容性(Compatible)
• 根节点兼容性: 匹配机器类型,如vexpress-v2p-ca9
。
// 内核中匹配设备
if (of_machine_is_compatible("arm,vexpress")) { ... }
• 设备节点兼容性: 驱动匹配依据,如compatible = "arm,pl011"
。
3.2 地址编码
• reg属性: 格式reg = <地址1 长度1 地址2 长度2 ...>
。
• #address-cells和#size-cells: 定义子节点地址/长度的cell数量。
external-bus {#address-cells = <2>; // 地址占2个cell(片选+偏移)#size-cells = <1>; // 长度占1个cellethernet@0,0 { reg = <0 0 0x1000>; };
};
3.3 中断连接
• 中断控制器: 声明interrupt-controller
和#interrupt-cells
。
• 中断属性: 使用interrupt-parent
和interrupts
指定中断号和触发方式。
intc: interrupt-controller@10140000 {compatible = "arm,pl190";#interrupt-cells = <2>; // 2个cell(中断号+标志)
};
serial@101f0000 {interrupts = <1 0>; // 中断号1,触发方式0
};
3.4 GPIO、时钟、Pinmux
• GPIO控制器: 声明gpio-controller
和#gpio-cells
。
• GPIO使用: 通过gpios
属性引用控制器。
gpio@101f3000 {gpio-controller;#gpio-cells = <2>; // GPIO号+极性
};
button {gpios = <&gpio0 1 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};
4. BSP和驱动的变更
4.1 平台设备的替代
• 旧方式: 手动注册platform_device
,硬编码资源。
• 新方式: 设备树自动展开platform_device
,资源来自.dts
。
4.2 驱动匹配机制
• OF匹配表: 驱动通过.of_match_table
匹配设备节点。
static const struct of_device_id my_drv_of_match[] = {{ .compatible = "vendor,device" },{},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_drv_of_match);
4.3 平台数据的属性化
• 旧方式: 通过platform_data
结构传递数据。
• 新方式: 从设备树属性读取,如of_property_read_u32()
。
// 读取属性值示例
of_property_read_u32(np, "clock-frequency", &clk_freq);
4.4 实例:GPIO按键驱动
gpio-keys {compatible = "gpio-keys";button {label = "Up";gpios = <&gpio0 1 0>;linux,code = <KEY_UP>;};
};
驱动通过OF API解析属性:
of_get_gpio_flags(pp, 0, &flags); // 获取GPIO号和极性
of_property_read_u32(pp, "linux-code", &key_code); // 读取键值
5. 常用OF API
• 节点操作:
• of_find_compatible_node()
: 查找兼容节点。
• of_get_child_count()
: 获取子节点数量。
• 属性读取:
• of_property_read_u32_array()
: 读取32位数组。
• of_property_read_string()
: 读取字符串。
• 资源解析:
• of_get_named_gpio()
: 获取GPIO号。
• of_irq_get()
: 获取中断号。
6. 总结
• 设备树优势:解耦硬件描述与内核代码,提升可维护性。
• 核心元素:节点、属性、兼容性、地址编码、中断连接。
• 驱动适配:通过OF匹配表和API解析设备树数据。
通过设备树,ARM Linux实现了硬件描述的标准化,降低了BSP开发复杂度,成为嵌入式开发的必备知识。
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