Linux 设备树概述和开发指南

1 Linux 设备树概述
1.1 Linux 设备树概述
Linux 设备树是一个包含节点和属性的简单树状结构。属性是基于 key-value 对的，
而节点可以同时包含属性和子节点。下面这个树就是一个典型结构：
/ {
node1 {
a-string-property = “A string”;
a-string-list-property = “first string”, “second string”;
a-byte-data-property = [0x01 0x23 0x34 0x56];
child-node1 {
first-child-property;
second-child-property = <1>;
a-string-property = “Hello, world”;
};
child-node2 {
};
};
node2 {
an-empty-property;
a-cell-property = <1 >; /* each number (cell) is a uint32 */
child-node1 {
};
};
};
这棵树没有描述任何东西，但是它体现了节点的一些属性：
 一个单独的根节点：“/”
 两个子节点：“node1”和“node2”

 两个 node1 的子节点：“child-node1”和“child-node2”
 一堆分散在树里的属性
可以这么简单理解：节点就是树枝，属性就是树叶；树枝上可以有再长树枝也可以长
树叶，而树叶上则不会再长树枝。
属性是基于 key-value 结构的，value 可以为空或者特定格式的字符串内容。由于数据
类型并不被编码到最终的数据结构中，设备树源代码中仅能支持有限的几种基本数据类
型，如下：
 文本字符串（无结束符）可以用双引号表示：
string-property = “a string”
 'Cells’是 32 位无符号整数，用尖括号表示：
cell-property = <0xbeef xabcd>
 二进制数据用方括号表示：
binary-property = [0x01 0x23 0x45 0x67];
 不同表示形式的数据可以使用逗号连在一起：
mixed-property = “a string”, [0x01 0x23 0x45 0x67], <0x12345678>;
 逗号也可用于创建字符串列表：
string-list = “red fish”, “blue fish”;
1.2 基本概念
1.2.1 初始结构
第一步就是构建一个基本结构，这是一个设备树最基本的结构。在这个阶段，需要一
个唯一的标识该机器。
/ {
compatible = “gpio-leds”;
};

compatible 指定了系统的名称。它包含了一个“<>,<>”形式的字符串。重要的是要指定
一个确切的设备，并且包括制造商的名字，以避免命名空间冲突。由于操作系统会使用
compatible 的值来决定如何在机器上运行，所以正确的设置这个属性十分重要。
1.2.2 中央处理器
第二步就是描述 CPU。先添加一个名为“cpus”的容器节点，然后为每个 CPU 分别添
加子节点，以 TI AM437x 平台为例：
/ {
compatible = “ti,am437x-gp-evm”;
cpus {
cpu@0 {
compatible = “ti,am4372”;
};
cpu@1 {
compatible = “ti,am4372”;
};
};
};
每个 cpu 节点 compatible 属性是一个“<>,<>”形式的字符串，并指定了确切的 cpu，就
像顶层的 compatible 属性一样。
1.2.3 节点名称
每个节点必须有一个“<>[@<>]”形式的名字。
 << span>名称>就是一个不超过 31 位的简单 ascii 字符串。通常，节点的命名应该根据
它所体现的是什么样的设备。比如一个 3com 以太网适配器的节点就应该命名为
ethernet，而不应该是 3com509。  如果该节点描述的设备有一个地址的话，还应该加上设备地址（unit-address）。通常，
设备地址就是用来访问该设备的主地址，并且该地址也在节点的 reg 属性中列出。  同级节点命名必须是唯一的，但只要地址不同，多个节点也可以使用一样的通用名，
例如 serial@101f1000 和 serial@101f2000。

1.2.4 设备
系统中每个设备都表示为一个设备树节点。所以接下来就应该为这个设备树填充设备
节点。
/ {
compatible = “ti,am437x-gp-evm”;
cpus {
cpu@0 {
compatible = “ti,am4372”;
};
cpu@1{
compatible = “ti,am4372”;
};
};
serial@101F0000 {
compatible = “ti,omap2-uart”;
};
serial@101F2000 {
compatible = “ti,am4372-uart”;
};
gpio@101F3000 {
compatible = “ti,pl061”;
};
spi@10115000 {
compatible = “ti,ads7846”;
};
external-bus {
ethernet@0,0 {

compatible = “ti,smc91c111”;
};
i2c@1,0 {
compatible = “ti,tps65218”;
rtc@58 {
compatible = “ti,ds1338”;
};
};
flash@2,0 {
compatible = “ti,omap2-nand”, “omap3-nand”;
}
在此树中，已经为系统中的每个设备添加了节点，而且这个层次结构也反映了设备与
系统的连接方式。例如，外部总线上的设备就是外部总线节点的子节点，i2c 设备就是 i2c
总线节点的子节点。通常，这个层次结构表现的是 CPU 视角的系统视图。
在这颗树中，应该注意这些事情：
 每个设备节点都拥有一个 compatible 属性。  flash 闪存节点的 compatible 属性由两个字符串构成。  正如前面所述，节点的命名应当反映设备的类型而不是特定的型号。
1.2.5 理解 compatible 属性
设备树中每个节点都需要一个 compatible 属性。compatible 属性是操作系统用来决定
使用哪个设备驱动来绑定到一个设备上的关键因素。
compatible 是一个字符串列表，其中第一个字符串指定了这个节点所表示的确切的设
备，该字符串的格式为："<>,<>"。剩下的字符串的则表示其它与之相兼容的设备。
1.3 如何编址
可编址设备使用以下属性将地址信息编码进设备树：
reg

#address-cells
#size-cells
每个可编址设备都有一个元组列表的 reg，元组的形式为：reg = <>。每个元组都表
示一个该设备使用的地址范围。每个地址值是一个或多个 32 位整型数列表，称为 cell。
同样，长度值也可以是一个 cell 列表或者为空。
由于地址和长度字段都是可变大小的变量，那么父节点的#address-cells 和#size-cells
属性就用来声明各个字段的 cell 的数量。换句话说，正确解释一个 reg 属性需要用到父节
点的#address-cells 和#size-cells 的值。
1.3.1 CPU 编址
CPU 节点是一个关于编址的最简单的例子。每个 CPU 都分配了一个唯一的 ID，并且
没有 CPU id 相关的大小信息。

1. cpus {
2. #address-cells = <1>;
3. #size-cells = <0>;
4. cpu@0 {
5. compatible = “ti,am4372”;
6. reg = <0>;
7. };
8. cpu@1 {
9. compatible = “ti,am4372”;
10. reg = <1>;
11. };
12. };
    在 cpu 节点中，#address-cells 设置为 1，#size-cells 设置为 0。这意味着子节点的 reg
    值是一个单一的 uint32，这是一个不包含大小字段的地址，为这两个 cpu 分配的地址是 0 和 1。cpu 节点的#size-cells 为 0 是因为只为每个 cpu 分配一个单独的地址。

注意：reg 的值和节点名字是相同的。按照惯例，如果一个节点有 reg 属性，那么该节点
的名字就必须包含设备地址，这个设备地址就是 reg 属性里第一个地址值。
1.3.2 内存映射设备
与 cpu 节点里单一地址值不同，应该分配给内存映射设备一个地址范围。#size-cells
声明每个子节点的 reg 元组中长度字段的大小。在接下来的例子中，每个地址值是 1 个
cell（32 位），每个长度值也是 1 个 cell，这是典型的 32 位系统。64 位的机器则可以使
用值为 2 的#address-cells 和#size-cells 来获得在设备树中的 64 位编址。
/ {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
…
serial@101f0000 {compatible = “ti,omap2-uart”;
reg = <0x101f0000 x >;
};
serial@101f2000 {
compatible = “ti,am4372-uart”;
reg = <0x101f2000 x >;
};
gpio@101f3000 {
compatible = “ti,pl061”;
reg = <0x101f3000 xspan>
0x101f4000 0x0010>;
};
spi@10115000 {
compatible = “ti,ads7846”;
reg = <0x10115000 x >;
};
…
};

每个设备都被分配了一个基址以及该区域的大小。这个例子中为 GPIO 分配了两个地
址范围：0x101f3000…0x101f3fff 和 0x101f4000…0x101f400f。
一些挂在总线上的设备有不同的编址方案。例如一个带独立片选线的设备也可以连接
至外部总线。由于父节点会为其子节点定义地址域，所以可以选择不同的地址映射来最
恰当的描述该系统。下面的代码展示了设备连接至外部总线并将其片选号编码进地址的
地址分配。
external-bus {
#address-cells = <2>
#size-cells = <1>;
ethernet@0,0 {
compatible = “ti,smc91c111”;
reg = <0 x>;
};
i2c@1,0 {
compatible = “ti,a1234-i2c-bus”;
reg = <1 x>;
rtc@58 {
compatible = “ti,ds1338”;
};
};
flash@2,0 {
compatible = “ti,omap2-nand”, “omap3-nand”;
reg = <2 x>;
};
};
外部总线的地址值使用了两个 cell，一个用于片选号，另一个则用于片选基址的偏移
量。而长度字段则还是单个 cell，这是因为只有地址的偏移部分才需要一个范围量。所以，
在这个例子中，每个 reg 项都有三个 cell：片选号、偏移量和长度。

由于地址域是包含于一个节点及其子节点的，所以父节点可以自由的定义任何对于
该总线来说有意义的编址方案。那些在直接父节点和子节点以外的节点通常不关心本地
地址域，而地址应该从一个域映射到另一个域。

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