【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

1. 设备树树形结构概述
2. 节点（Node）全解：命名规范+标准节点+常用设备节点
3. 属性（Property）全解：类型+核心属性+总线专用属性
4. 标签与节点引用：设备树复用的核心
5. 常见错误与注意事项
6. 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 uart@12340000 { compatible = "myvendor,my-uart"; reg = <0x12340000 0x1000>; interrupts = <5>; status = "okay"; }; // GPIO控制器节点 gpio@12341000 { 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

1. 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

2. @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
   • CPU：CPU编号
   • 作用：区分同类型的不同设备

正确与错误命名对比

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console=ttySTM0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 = "console=ttySTM0,115200 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：

  memory@c0000000 { device_type = "memory"; // 固定值，标识这是内存节点 reg = <0xc0000000 0x20000000>; // 基地址0xc0000000，长度0x20000000（512MB） };

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cpu@x子节点
• 示例：

  cpus { #address-cells = <1>; #size-cells = <0>; cpu@0 { compatible = "arm,cortex-a7"; device_type = "cpu"; reg = <0>; // CPU编号 clock-frequency = <800000000>; // CPU主频800MHz }; cpu@1 { 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 uart@40010000 { ... }; i2c@40012000 { ... }; gpio@50002000 { ... }; };

2.3 驱动开发最常用的通用设备节点

1. 总线类节点

（1）UART串口节点

uart4: serial@40010000 { 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 };

（2）I2C总线节点

i2c1: i2c@40012000 { compatible = "st,stm32mp157-i2c"; reg = <0x40012000 0x400>; interrupts = <31>; #address-cells = <1>; // 子节点reg占1个cell（I2C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 eeprom@50 { compatible = "atmel,24c02"; reg = <0x50>; // I2C从机地址0x50 }; };

（3）SPI总线节点

spi1: spi@40013000 { 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 flash@0 { compatible = "winbond,w25q64"; reg = <0>; // 片选号0 spi-max-frequency = <10000000>; // 最大SPI频率10MHz }; };

（4）GPIO控制器节点

gpioa: gpio@50002000 { 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

（1）LED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

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-cells=0） reg = <0x50>; // I2C从机地址0x50 // SPI设备（父节点#size-cells=0） reg = <0>; // SPI片选号0

3.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> uart@40010000 { 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-frequency：I2C总线频率，单位Hz
• reg：I2C从机地址

2. SPI总线专用

• spi-max-frequency：SPI设备最大工作频率，单位Hz
• reg：SPI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-cells：GPIO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: serial@40010000 { ... };

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: serial@40010000 { 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

1. 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
2. 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
3. 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
4. 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
5. 忘记以空结尾：of_device_id表和数组类型的属性必须以空结尾
6. 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-frequency
• GPIO属性：gpios、gpio-controller、#gpio-cells