2、deviceTree

Linux 设备树完整指南

一、什么是设备树

设备树（Device Tree）是一种描述硬件的数据结构，用树形节点描述 CPU、内存、外设等硬件信息。

• 后缀：.dts（源文件）→ 编译 → .dtb（二进制）→ 内核启动时读取

.dts (文本)  →  dtc 编译器  →  .dtb (二进制)  →  内核解析

为什么需要设备树

在 ARM Linux 早期，硬件信息写死在 arch/arm/mach-xxx 的 C 代码里（board files）。
问题：换一颗 LED 就得改内核代码，一个内核镜像只支持一种板子。

设备树将硬件描述与内核代码分离：同一份内核，只需换 .dtb 即可支持不同板卡。

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二、.dtsi 和 .dts 的差异

	.dtsi	.dts
全称	Device Tree Source Include	Device Tree Source
角色	SoC 通用定义（被包含）	板级具体配置（入口文件）
内容	CPU、外设 IP、时钟、GIC 等共性节点	板型号、内存、哪些外设启用、pinmux
包含关系	被 #include 到 .dts 中	#include 所有 .dtsi
编译入口	不能被 dtc 直接编译	作为 dtc 的输入文件
复用性	同系列 SoC 共享（如 imx6ull.dtsi）	每块板一个

本质：.dtsi = 硬件 IP 声明，.dts = 板级差异化配置。

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三、基本语法

节点结构

[标签:] 节点名[@单元地址] {
    [属性定义;]
    [子节点;]
};

完整示例

/dts-v1/;                                  // 版本标识
#include <dt-bindings/input/input.h>        // C 风格 include
#include "imx6ull.dtsi"                     // SoC 通用定义

/ {                                         // 根节点
    #address-cells = <1>;                   // 地址域宽度
    #size-cells = <1>;                      // 大小域宽度
    model = "Freescale i.MX6 ULL EVK Board";
    compatible = "fsl,imx6ull-14x14-evk", "fsl,imx6ull";

    chosen {                                // 启动参数
        stdout-path = &uart1;
    };

    memory@80000000 {                       // 内存
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x20000000>;      // 起始地址 + 大小
    };
};

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四、属性类型

类型	写法	说明
<u32>	<0x1000>	32 位整数
<u64>	<0x00 0x10000000>	64 位整数（2 个 cell）
数组	<0x1000 0x2000 5>	多个 cell
字符串	"ti,omap3-uart"	双引号
字符串列表	"str1", "str2"	逗号分隔
字节序列	[00 0f 42]	十六进制字节
混合	<0x1000> "string"	空格分隔不同类型

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五、核心属性

uart0: serial@44e09000 {
    compatible = "ti,omap3-uart";          // 驱动匹配的关键
    reg = <0x44e09000 0x2000>;            // 基地址 + 长度
    interrupts = <72>;                     // 中断号
    interrupt-parent = <&gic>;             // 中断控制器
    clocks = <&clk 42>;                    // 时钟句柄
    clock-names = "fck";
    pinctrl-names = "default";             // pinmux 状态
    pinctrl-0 = <&uart0_pins>;
    status = "okay";                       // okay / disabled / reserved
};

compatible 匹配规则

格式："厂商,型号"，可多个，从前往后匹配：

compatible = "ti,am3353-uart", "ti,omap3-uart";

驱动优先匹配 "ti,am3353-uart"，失败则回退 "ti,omap3-uart"。

内核驱动中：

static const struct of_device_id ids[] = {
    { .compatible = "ti,omap3-uart" },
    { }
};

reg 与 #address-cells / #size-cells

parent {
    #address-cells = <2>;     // 地址用 2 个 cell（64 位）
    #size-cells = <2>;        // 大小用 2 个 cell（64 位）

    child@10000000 {
        reg = <0x0 0x10000000  0x0 0x1000>;
        //        起始地址        长度
    };
};

规则：父节点定义 #address-cells 和 #size-cells，子节点的 reg 按此解析。

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六、中断配置

// 中断控制器节点
gic: interrupt-controller@48241000 {
    compatible = "arm,gic-400";
    reg = <0x48241000 0x1000>;
    interrupt-controller;           // 声明自己是中断控制器
    #interrupt-cells = <3>;         // GIC: <类型 编号 触发方式>
};

// 设备引用中断
device@xxx {
    interrupt-parent = <&gic>;
    interrupts = <GIC_SPI 42 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
    // GIC_SPI = 0 (共享外设中断)
    // GIC_PPI = 1 (私有外设中断)
};

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七、phandle 与引用

三种引用其他节点的方式：

// 1. & 标签引用（最常用）
&uart0 { status = "okay"; };

// 2. phandle 属性
interrupt-parent = <&gic>;          // &gic → phandle 值

// 3. 路径引用
&{/soc/i2c@48000000} { /* ... */ };

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八、特殊子节点

chosen — 启动参数

chosen {
    stdout-path = &uart0;
    bootargs = "console=ttyO0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw";
};

aliases — 序号别名

aliases {
    serial0 = &uart0;
    i2c0 = &i2c0;
    mmc0 = &mmc1;
};

内核通过 of_alias_get_id(np, "serial") 获取序号。

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九、include 机制

*.dtsi — SoC 通用定义（arch/arm/boot/dts/）
   ↑ include
*.dts  — 板级文件（引用 & 追加覆盖）

#include <dt-bindings/gpio/gpio.h>
#include <dt-bindings/interrupt-controller/irq.h>
#include "am33xx.dtsi"

#include 和 /include/ 都支持，前者可引用头文件中的宏。

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十、编译与反编译

dtc -I dts -O dtb -o board.dtb board.dts       # 编译
dtc -I dtb -O dts -o board.dts board.dtb       # 反编译
dtc -I dts -O dtb -@ -o board.dtb board.dts    # 支持 overlay
fdtdump board.dtb                               # 查看结构
./scripts/checkpatch.pl -f board.dts            # 语法检查
dtbs_check                                       # 内核 DT schema 验证

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十一、Platform 总线与设备树的关系

总线模型

设备（DTS 描述硬件）──→ 平台总线 ←── 驱动（C 代码）
                        │
                        ├─ compatible 匹配
                        ├─ 匹配成功 → probe()
                        └─ 匹配失败 → 跳过

设备树与 Platform 总线的关系

                    DTS                          C 驱动
                    ─────                        ─────
设备节点 ──→ 内核解析 ──→ platform_device    platform_driver
  │                         │                     │
  └─ compatible            └─ compatible          └─ of_match_table
       "fsl,imx6ul-i2c"        "fsl,imx6ul-i2c"      │
                                                      ↓
                                         内核自动匹配 → probe()

简单说：设备树描述有什么硬件、地址在哪，platform 总线负责把硬件信息交给正确的驱动。

驱动如何通过 of_match_table 匹配

// 驱动注册（of_match_table）
static const struct of_device_id my_i2c_ids[] = {
    { .compatible = "nxp,lm75" },      // 第一优先
    { .compatible = "national,lm75" }, // 第二优先
    { /* sentinel */ }
};

static struct i2c_driver my_driver = {
    .probe = my_probe,
    .driver = {
        .name = "lm75",
        .of_match_table = my_i2c_ids,
    },
};

// 设备节点（DTS 中定义）
temp@48 {
    compatible = "nxp,lm75";
    reg = <0x48>;
};

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十二、IOMUXC 引脚配置

SW_PAD_CTL 寄存器位域

缩写	全称	位域	含义
PUS	Pull Up/Down Select	bit[15:14]	00=100kΩ 下拉，01=47kΩ 上拉，10=100kΩ 上拉，11=22kΩ 上拉
PUE	Pull Up/Down Enable	bit[12]	0=Keeper，1=Pull（上下拉）
PKE	Pull/Keeper Enable	bit[11]	0=禁用，1=启用
DSE	Drive Strength Enable	bit[3:1]	驱动强度，数值越大驱动能力越强
SRE	Slew Rate Enable	bit[0]	0=慢摆率，1=快摆率
SPEED	Speed	bit[5:4]	00=50MHz，01=100MHz，11=200MHz
SION	Software Input On	bit[30]	强制输入使能（I2C 开漏总线必须置 1）

常用配置值

信号类型	值	说明
I2C	0x4001b8b0	SION=1 + 100kΩ 上拉
UART	0x1b0b1	上拉 + 中等驱动
SDIO	0x17059	强驱动 + 快摆率
LCD(24bit)	0x79	中等驱动
普通 GPIO 输入	0x000010B0	上下拉

SRE（摆率）详解

摆率 = 信号电压变化的最大斜率，单位 V/μs。

• 快摆率 → 上升沿短 → 信号稳定快 → 适合高速信号
• 慢摆率 → 上升沿长 → EMI 辐射小 → 适合低速信号

信号	速率	摆率选择
I2C (100kHz)	慢	SRE=0 慢摆率
UART (115200)	慢	SRE=0
SDIO (50MHz)	快	SRE=1 快摆率
LCD CLK (50MHz)	快	SRE=1

原则：摆率够用就行，不是越快越好。

Keeper 与开漏的区别

	Bus Keeper	开漏 (Open-Drain)
本质	弱锁存器，保持最后一次驱动电平	输出级只接 N-MOS 到 GND，高电平靠外部上拉
工作方式	引脚悬空时"拉住"不浮空	输出低时拉低，输出高时 Hi-Z
典型场景	双向数据总线（SDIO DATA）	I2C SCL/SDA

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十三、实操：配置 I2C1 挂传感器

需要修改的文件

文件	操作	说明
arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi	只读	I2C1 控制器已声明
arch/arm/boot/dts/你的板.dts	修改	启用 I2C1 + 配 pinmux + 挂从设备

.dts 修改示例

// 引脚配置（iomuxc 节点内）
pinctrl_i2c1: i2c1grp {
    fsl,pins = <
        MX6UL_PAD_UART4_TX_DATA__I2C1_SCL 0x4001b8b0
        MX6UL_PAD_UART4_RX_DATA__I2C1_SDA 0x4001b8b0
    >;
};

// I2C1 控制器 + 从设备
&i2c1 {
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_i2c1>;
    clock-frequency = <100000>;
    status = "okay";

    temp: lm75@48 {
        compatible = "nxp,lm75";
        reg = <0x48>;
    };
};

编译命令

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- dtbs

关键检查项

检查点	验证方法
引脚是否被占用	grep 其他 pinctrl 组中是否有相同 PAD
I2C 地址是否正确	启动后 i2cdetect -y 0
驱动是否加载成功	`dmesg
从设备是否识别	cat /sys/bus/i2c/devices/0-0048/name

常见翻车点

问题	正确做法
clock_frequency 拼写错误	必须用 clock-frequency（连字符）
pinctrl 忘记配	I2C 节点必须配 pinctrl-0
从设备地址错误	reg 必须是 7 位地址，先 i2cdetect 确认
引脚被占用	检查同一引脚是否出现在其他 pinctrl 组中
忘了 status = "okay"	.dtsi 默认 disabled

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十四、必看文档

内核自带：
drivers/of/README.fdtree                      → 语法参考
Documentation/devicetree/usage-model.txt      → 设备树设计理念
Documentation/devicetree/bindings/            → 每个驱动的 DT 绑定文档

学习路径：
1. 找同芯片的官方 EVK .dts 文件
2. 改一个节点编译看效果
3. 不懂查 Documentation/devicetree/bindings/

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十五、bindings 目录说明

Documentation/devicetree/bindings/i2c/ 下的每个文件对应一个 I2C 控制器驱动：

文件	对应的 I2C 控制器
i2c-imx.txt	NXP i.MX I2C（i.MX6ULL 用这个）
i2c-s3c2410.txt	Samsung S3C I2C
i2c-mt65xx.txt	MediaTek I2C
i2c-stm32.txt	STM32 I2C

不同厂商的 I2C 控制器硬件不同，需要的配置也不同。bindings 目录是按驱动分类的，不是按芯片分类。