Linux设备树

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#linux #运维 #服务器

于 2023-07-11 16:38:41 首次发布

设备树是嵌入式系统中用于描述硬件配置的关键数据结构，它帮助Linux内核识别和初始化设备。通过设备树，硬件信息被传递，使得驱动程序开发更加灵活，系统移植和维护更为简便。设备名称、节点类型和各种属性如compatible、reg等是设备树的重要组成部分，它们定义了硬件平台的详细信息。设备树的使用在ARM架构系统中尤为常见，简化了硬件和软件的开发和交互。

1 什么是设备树

设备树（Device Tree）是一种在嵌入式系统中描述硬件和设备的数据结构。它用于描述和传递硬件平台的信息，包括处理器、外设、中断控制器、内存、时钟和其他硬件组件的配置和连接关系。

设备树以树形结构组织，包括根节点和子节点。每个节点都有一个类型、属性和子节点。节点的类型用于指定设备或者设备的部分，属性则用于描述该设备的特性、资源需求和配置选项。设备树使用标准的文本格式（通常是以.dts或者.dtb文件扩展名的文件）或者二进制格式（.dtb文件）表示。

2 设备树的作用意义

设备树的主要作用是描述硬件平台的配置和连接信息，使得Linux内核能够根据设备树来动态配置和初始化硬件设备。通过读取设备树，Linux内核可以自动识别和配置连接到系统中的硬件设备，加载相应的驱动程序，并完成设备的初始化过程。这使得设备驱动的开发和移植变得更加灵活和通用。

设备树的使用大量应用于嵌入式系统和嵌入式Linux平台，特别是在ARM架构的系统中得到广泛应用。设备树允许硬件平台和设备驱动的开发人员分离，使得硬件和软件可以独立开发和维护，极大地简化了系统的移植和维护工作。同时，设备树也为开发工具、编译器和操作系统内核提供了一致性的接口和通信方式，促进了嵌入式系统的交互和兼容性。

3 设备树中设备名称

设备树的设备名称通常由硬件厂商定义。在设备树中，每个设备节点都有一个"compatible"属性，这个属性用来指定设备的名称。通常，设备的名称是根据硬件的型号或者厂商的命名规范来确定的。例如，一个设备的名称可以是"vendor,device-model"的形式，其中"vendor"表示设备的厂商名称，"device-model"表示设备的型号。具体的命名规范可以根据硬件厂商的规定来确定。

4 主要语法

设备树文件以`.dts`或`.dtsi`为扩展名。
设备树文件使用`/dts-v1/`作为文件的第一行。
使用`/include/`来包含其他设备树文件。
使用`/memreserve/`来保留内存区域。
使用`/aliases/`来定义设备别名。
使用`/chosen/`来指定选定的设备。
使用`/configurations/`来定义不同的配置。
使用`/extable/`来定义异常表。
使用`/cpus/`来描述CPU信息。
使用`/soc/`来描述SoC（系统片上组件）。
使用`/bus/`来描述总线。
使用`/interrupt-controller/`来描述中断控制器。
使用`/timer/`来描述定时器。
使用`/gpio/`来描述GPIO（通用输入输出）。
使用`/regulator/`来描述电源管理。
使用`/i2c/`、`/spi/`和`/pwm/`来描述I2C、SPI和PWM总线。
使用`/i2c@`、`/spi@`和`/pwm@`来描述I2C、SPI和PWM设备。
使用`/uart@`和`/sdhci@`来描述串口设备和SD卡接口。
使用`/memory/`来描述内存。
使用`/display/`来描述显示设备。
使用`/sound/`来描述声音设备。
使用`/network/`来描述网络设备。

ps：chosen属性

1. bootargs：用来设置内核启动参数，可以指定一些内核启动相关的选项。

2. stdout-path：用来指定标准输出设备的路径，例如串口地址。

3. bootcmd：用来指定系统启动时自动执行的命令。

4. linux,initrd-start和linux,initrd-end：用来指定内核映像文件的起始地址和结束地址。

5. linux,initrd-size：用来指定内核映像文件的大小。

6. linux,bootargs：与bootargs类似，用来设置内核启动参数。这些属性可以根据系统的需求进行自定义，用于配置和描述系统的一些特性。它们是设备树中非常重要的一部分，有助于系统的初始化和配置。

5 设备树格式

设备树使用的是一种类似于XML的语法，主要包含以下几部分内容：

/dts-v1/：指定设备树文件的版本。
/{...}/：定义设备树的根节点，包含所有设备的描述。
compatible：用于描述设备的兼容性，通常使用字符串来指定设备的型号、厂商等信息。
reg：指定设备的物理地址和大小。
interrupts：描述设备的中断信息。
clocks：指定设备所使用的时钟源。
gpio：描述设备的GPIO（通用输入输出）配置。
status：指定设备的状态，如"okay"表示设备可用，"disabled"表示设备不可用。
phandle和linux,phandle：用于设备节点之间的引用和绑定，以实现设备之间的互联。

比如

&fpd_dma_chan8 {
	status = "okay";
};
&gpio {
	emio-gpio-width = <32>;
	gpio-mask-high = <0x0>;
	gpio-mask-low = <0x5600>;
	status = "okay";
};
&i2c0 {
	status = "okay";
	clock-frequency = <400000>;
	scl-gpios = <&gpio 38 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
	sda-gpios = <&gpio 39 GPIO_ACTIVE_HIGH>;

	// rtc@68 {
	// 	compatible = "dallas,ds1337";
	// 	reg = <0x68>;
	// };

	eeprom@50 {
		compatible = "atmel,24c02";
		/* compatible = "at24,24c02"; */
		reg = <0x50>;
	};
};

6 设备树的节点类型

根节点（root）：树的顶层节点，代表整个设备树。
设备节点（device）：代表硬件设备，包含设备的属性和寄存器信息。
总线节点（bus）：代表硬件总线，包含总线的属性和连接的设备。
中断控制器节点（interrupt-controller）：代表硬件中断控制器，包含中断控制器的属性和中断信号。
内存控制器节点（memory-controller）：代表内存控制器，包含内存控制器的属性和地址信息。
时钟控制器节点（clock-controller）：代表时钟控制器，包含时钟控制器的属性和时钟信号。
电源控制节点（power-controller）：代表电源控制器，包含电源控制器的属性和电源状态。
快速消息传递节点（mailbox）：代表快速消息传递机制，用于进程间通信。
中央处理器节点（cpu）：代表中央处理器，包含处理器的属性和中断控制器关联。
定时器节点（timer）：代表硬件定时器，包含定时器的属性和中断信号。
时钟节点（clock）：代表时钟源，包含时钟的频率和模式。
DMA控制器节点（dma-controller）：代表Direct Memory Access（DMA）控制器，用于设备之间的高速数据传输。

7 设备树的默认的特殊属性

compatible：指定设备的兼容性，用于匹配设备和驱动程序之间的关系。驱动程序根据设备树节点的compatible属性来判断是否支持该设备。
reg：指定设备的寄存器地址和大小。该属性通常包含一个或多个地址范围和对应的大小，用于描述设备寄存器的配置。
interrupt-parent和interrupts：指定设备的中断信息。interrupt-parent属性指定中断控制器的设备树节点路径，interrupts属性指定中断号或中断描述符。
clocks：指定设备的时钟源。该属性通常包含一个或多个时钟源的设备树节点路径，用于描述设备所需的时钟信号。
interrupts-extended：扩展的中断属性，用于描述复杂的中断控制器和中断路由。
pinctrl-0：指定设备的引脚控制器配置。该属性通常包含一个引脚控制器的设备树节点路径，用于描述设备的引脚配置。

比如：

{
	model = "UISRC.COM MZU784";
	compatible = "uisrc,mzu784-2CG",
				"xlnx,zynqmp-zcu100-revC",
				"xlnx,zynqmp-zcu100",
				"xlnx,zynqmp";

	aliases {
		ethernet0 = &gem3;
		rtc0 = &rtc;
		i2c0 = &i2c0;
		serial0 = &uart0;
		serial1 = &uart1;
		spi0 = &qspi;
		usb0 = &usb0;
		mmc0 = &sdhci0;
		mmc1 = &sdhci1;
	};

	chosen {
		bootargs = "earlycon clk_ignore_unused";
		stdout-path = "serial0:115200n8";
	};

	memory@0 {
		device_type = "memory";
		reg = <0x0 0x0 0x0 0x3ff00000>;
	};

	cpus {
		/delete-node/ cpu@2 ;
		/delete-node/ cpu@3 ;
	};
};

具体参数请参考设备用户手册