【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

目录设备树树形结构概述节点Node全解命名规范标准节点常用设备节点属性Property全解类型核心属性总线专用属性标签与节点引用设备树复用的核心常见错误与注意事项总结驱动开发必背节点与属性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-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 uart12340000 { compatible myvendor,my-uart; reg 0x12340000 0x1000; interrupts 5; status okay; }; // GPIO控制器节点 gpio12341000 { 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CPUCPU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uart12340000UART12340000使用了大写字母i2c12341000i2c_controller12341000节点名过长应使用通用类型名led1led_1使用了下划线缺少和单元地址cpu0cpu0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/ { 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consolettySTM0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chosen { bootargs consolettySTM0,115200 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memoryc0000000 { device_type memory; // 固定值标识这是内存节点 reg 0xc0000000 0x20000000; // 基地址0xc0000000长度0x20000000512MB };5./cpusCPU节点作用描述系统中的CPU核心信息结构包含一个或多个cpux子节点示例cpus { #address-cells 1; #size-cells 0; cpu0 { compatible arm,cortex-a7; device_type cpu; reg 0; // CPU编号 clock-frequency 800000000; // CPU主频800MHz }; cpu1 { 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 uart40010000 { ... }; i2c40012000 { ... }; gpio50002000 { ... }; };2.3 驱动开发最常用的通用设备节点1. 总线类节点1UART串口节点uart4: serial40010000 { 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 };2I2C总线节点i2c1: i2c40012000 { compatible st,stm32mp157-i2c; reg 0x40012000 0x400; interrupts 31; #address-cells 1; // 子节点reg占1个cellI2C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 eeprom50 { compatible atmel,24c02; reg 0x50; // I2C从机地址0x50 }; };3SPI总线节点spi1: spi40013000 { 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 flash0 { compatible winbond,w25q64; reg 0; // 片选号0 spi-max-frequency 10000000; // 最大SPI频率10MHz }; };4GPIO控制器节点gpioa: gpio50002000 { 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1LED节点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// 内存映射设备 reg 0x40010000 0x400; // 基地址0x40010000长度0x400 // I2C设备父节点#size-cells0 reg 0x50; // I2C从机地址0x50 // SPI设备父节点#size-cells0 reg 0; // SPI片选号03.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 uart40010000 { 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-frequencyI2C总线频率单位HzregI2C从机地址2. SPI总线专用spi-max-frequencySPI设备最大工作频率单位HzregSPI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-cellsGPIO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uart4: serial40010000 { ... };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// 在stm32mp157.dtsi中定义了uart4节点默认状态是disabled uart4: serial40010000 { 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-frequencyGPIO属性gpios、gpio-controller、#gpio-cells