【Linux驱动开发】第10天：设备树零基础入门——DTS/DTB/DTC全解+编译流程

目录

1. 为什么需要设备树？传统驱动的终极痛点
2. DTS/DTB/DTC 大白话定义+核心区别
3. 三者关系+完整编译流程图
4. 最简单的DTS示例+语法解析
5. 设备树编译与反编译实操命令
6. 内核如何加载和使用设备树
7. 核心总结+面试必背考点

1. 为什么需要设备树？传统驱动的终极痛点

在设备树出现之前，Linux内核采用硬编码的方式描述硬件信息：

• 所有寄存器地址、中断号、GPIO号都直接写死在驱动代码里
• 换一个开发板，就要修改驱动代码重新编译
• 一个ARM内核要支持几十上百个开发板，就要在代码里写几百个硬件信息的分支
• 内核变得无比臃肿，维护成本极高

设备树的诞生，就是为了彻底解决这个问题：

把硬件描述信息从内核代码中抽离出来，用一个独立的文件来描述硬件。内核只需要一份通用的代码，通过读取这个文件来识别不同的硬件。

大白话类比

• 传统驱动：厨师把所有客人的口味都写在菜谱里，来了一个客人就要改一次菜谱
• 设备树：厨师用通用菜谱，客人自己带一张写着自己口味的纸条，厨师照着纸条做菜

2. DTS/DTB/DTC 大白话定义+核心区别

设备树体系由三个核心部分组成：DTS、DTB、DTC，三者分工明确，缺一不可。

2.1 三者大白话定义

2.2 核心区别对比表

2.3 补充：什么是.dtsi文件？

.dtsi是设备树头文件，相当于C语言的.h头文件，用于存放多个DTS文件共享的公共硬件信息。

• 比如同一个芯片的所有开发板，芯片内部的外设信息是相同的，可以放在.dtsi文件中
• 每个开发板自己的.dts文件只需要包含这个.dtsi，然后添加自己独有的硬件信息即可
• 大大提高了代码复用性，减少了重复代码

3. 三者关系+完整编译流程图

3.1 三者核心关系

DTS(源文件) --DTC编译--> DTB(二进制文件) --内核加载解析--> 识别硬件

3.2 完整编译与运行流程图

3.3 关键流程说明

1. bootloader的作用：bootloader（如U-Boot）负责在启动内核之前，将DTB文件加载到内存中，并将DTB的内存地址传递给内核
2. 内核解析DTB：内核启动时，根据bootloader传递的地址，解析DTB文件，创建对应的platform_device设备
3. 总线匹配：platform总线将创建的设备和已注册的驱动进行匹配，匹配成功后调用probe函数

4. 最简单的DTS示例+语法解析

下面是一个最小可运行的DTS文件，我会逐行解释每个部分的含义，让你快速掌握设备树的基本语法。

4.1 最简单的DTS示例

/dts-v1/; // 设备树版本号，必须是第一行 / { // 根节点，所有设备节点都在根节点下面 compatible = "myvendor,myboard"; // 板级兼容属性，内核用它来匹配板级支持包 model = "My Custom Development Board"; // 开发板名称 // 自定义LED设备节点 led@12340000 { compatible = "myvendor,my-led"; // 设备兼容属性，和驱动的of_device_id匹配 reg = <0x12340000 0x1000>; // 寄存器基地址和长度 status = "okay"; // 设备状态：okay表示启用，disabled表示禁用 }; // 自定义UART设备节点 uart@12341000 { compatible = "myvendor,my-uart"; reg = <0x12341000 0x1000>; interrupts = <5>; // 中断号 status = "okay"; }; };

4.2 核心语法解析

1. 节点（Node）

• 设备树用树形结构描述硬件，每个硬件对应一个节点
• 节点格式：节点名@地址 { ... };
• 节点名：描述设备类型，如led、uart、gpio
• @地址：设备的寄存器基地址，用于区分同类型的不同设备

2. 属性（Property）

• 每个节点包含多个属性，用于描述设备的具体信息
• 属性格式：属性名 = 属性值;
• 常见属性：
  • compatible：最重要的属性，用于和驱动匹配，格式为"厂商,设备名"
  • reg：描述设备的寄存器地址范围，格式为<基地址 长度>
  • interrupts：描述设备使用的中断号
  • status：描述设备状态，okay表示启用，disabled表示禁用
  • model：设备的人类可读名称

3. 根节点

• 所有节点的父节点，用/表示
• 根节点的compatible属性用于匹配板级支持包
• 根节点的model属性用于描述开发板名称

5. 设备树编译与反编译实操命令

5.1 安装DTC编译器

Ubuntu系统下直接安装：

sudoapt-getinstalldevice-tree-compiler

5.2 编译DTS为DTB

# 基本语法：dtc -I dts -O dtb -o 输出文件.dtb 输入文件.dtsdtc-Idts-Odtb-omyboard.dtb myboard.dts

5.3 反编译DTB为DTS

这是调试设备树最常用的命令，可以把内核正在使用的DTB文件反编译成可读的DTS文件：

# 基本语法：dtc -I dtb -O dts -o 输出文件.dts 输入文件.dtbdtc-Idtb-Odts-omyboard.dts myboard.dtb

5.4 查看开发板当前使用的设备树

在运行中的Linux系统中，可以通过/proc/device-tree目录查看内核解析后的设备树：

# 查看根节点的compatible属性cat/proc/device-tree/compatible# 查看所有设备节点ls/proc/device-tree/# 查看LED节点的reg属性cat/proc/device-tree/led@12340000/reg|hexdump-C

6. 内核如何加载和使用设备树

6.1 两种加载方式

方式1：DTB编译进内核

• 将DTB文件和内核镜像编译在一起，生成一个单一的镜像文件
• 优点：简单，不需要单独管理DTB文件
• 缺点：修改设备树需要重新编译内核

方式2：DTB单独加载（推荐）

• DTB文件和内核镜像分开存储
• bootloader在启动内核时，将DTB加载到内存中，并将地址传递给内核
• 优点：修改设备树只需要重新编译DTB，不需要重新编译内核
• 现代Linux系统全部采用这种方式

6.2 U-Boot传递DTB地址的命令

# 加载内核镜像到内存0x80800000地址tftp 0x80800000 zImage# 加载DTB文件到内存0x83000000地址tftp 0x83000000 myboard.dtb# 启动内核，传递DTB地址bootz 0x80800000 - 0x83000000

6.3 内核解析DTB的过程

1. 内核启动时，从bootloader获取DTB的内存地址
2. 验证DTB的完整性和有效性
3. 解析DTB的根节点和所有子节点
4. 为每个设备节点创建对应的platform_device结构体
5. 将platform_device注册到platform总线
6. platform总线进行设备和驱动的匹配
7. 匹配成功后调用驱动的probe函数

7. 核心总结+面试必背考点

核心总结

1. 设备树的核心作用是将硬件描述信息从内核代码中抽离出来，解决传统驱动硬编码的问题
2. DTS是人类可读的设备树源文件，DTB是内核能识别的二进制文件，DTC是编译两者的编译器
3. 设备树采用树形结构描述硬件，每个硬件对应一个节点，每个节点包含多个属性
4. compatible属性是设备和驱动匹配的唯一依据，格式为"厂商,设备名"
5. 现代Linux系统采用bootloader单独加载DTB的方式，修改设备树不需要重新编译内核

面试必背考点

1. 什么是设备树？它解决了什么问题？
2. DTS、DTB、DTC分别是什么？三者的关系是什么？
3. 什么是.dtsi文件？它的作用是什么？
4. 设备树的基本语法结构是什么？
5. compatible属性的作用是什么？格式是什么？
6. 内核如何加载和解析设备树？
7. bootloader在设备树启动过程中起到什么作用？
8. 如何反编译DTB文件为DTS文件？