Linux 設備驅動開發詳解：基于最新的Linux 4.0內核, 機械工業出版社, 宋寶華, 2015

1. 設備樹的起源
? 背景: ARM架構中大量板級代碼冗余，硬編碼在mach-xxx目錄，設備樹（Device Tree）引入結構化描述硬件。

? 目的: 減少內核冗余代碼，通過設備樹文件（.dts）傳遞硬件信息，由Bootloader加載至內核。

? 核心思想: 設備樹以節點和屬性形式描述硬件拓撲，如CPU、內存、外設、中斷等。

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2. 設備樹的組成與結構
2.1 核心文件
? DTS (Device Tree Source): 文本格式描述硬件，支持.dtsi包含（類似C頭文件）。

? DTC (Device Tree Compiler): 編譯工具，將DTS轉換為DTB。

? DTB (Device Tree Blob): 二進制文件，由內核解析。

? 綁定文檔（Binding）: 說明節點屬性規范（如Documentation/devicetree/bindings）。

2.2 設備樹結構
? 節點（Node）: 表示設備或總線，如根節點/，子節點cpu@0。

? 屬性（Property）: 鍵值對描述硬件特性，如reg = <地址 長度>、interrupts。

? 標簽（Label）與Phandle: 通過&label引用節點，如&gpio0表示GPIO控制器。

2.3 設備樹示例

/ {compatible = "acme,coyotes-revenge"; // 根節點兼容性#address-cells = <1>; // 地址占1個cell#size-cells = <1>;    // 長度占1個cellcpus {cpu@0 { compatible = "arm,cortex-a9"; reg = <0>; };cpu@1 { compatible = "arm,cortex-a9"; reg = <1>; };};serial@101f0000 {compatible = "arm,pl011";reg = <0x101f0000 0x1000>; // 寄存器地址和長度interrupts = <1 0>;        // 中斷號及觸發方式};
};

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3. 關鍵概念解析
3.1 兼容性（Compatible）
? 根節點兼容性: 匹配機器類型，如vexpress-v2p-ca9。

// 內核中匹配設備
if (of_machine_is_compatible("arm,vexpress")) { ... }

? 設備節點兼容性: 驅動匹配依據，如compatible = "arm,pl011"。

3.2 地址編碼
? reg屬性: 格式reg = <地址1 長度1 地址2 長度2 ...>。

? #address-cells和#size-cells: 定義子節點地址/長度的cell數量。

external-bus {#address-cells = <2>; // 地址占2個cell（片選+偏移）#size-cells = <1>;     // 長度占1個cellethernet@0,0 { reg = <0 0 0x1000>; };
};

3.3 中斷連接
? 中斷控制器: 聲明interrupt-controller和#interrupt-cells。

? 中斷屬性: 使用interrupt-parent和interrupts指定中斷號和觸發方式。

intc: interrupt-controller@10140000 {compatible = "arm,pl190";#interrupt-cells = <2>; // 2個cell（中斷號+標志）
};
serial@101f0000 {interrupts = <1 0>; // 中斷號1，觸發方式0
};

3.4 GPIO、時鐘、Pinmux
? GPIO控制器: 聲明gpio-controller和#gpio-cells。

? GPIO使用: 通過gpios屬性引用控制器。

gpio@101f3000 {gpio-controller;#gpio-cells = <2>; // GPIO號+極性
};
button {gpios = <&gpio0 1 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};

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4. BSP和驅動的變更
4.1 平臺設備的替代
? 舊方式: 手動注冊platform_device，硬編碼資源。

? 新方式: 設備樹自動展開platform_device，資源來自.dts。

4.2 驅動匹配機制
? OF匹配表: 驅動通過.of_match_table匹配設備節點。

static const struct of_device_id my_drv_of_match[] = {{ .compatible = "vendor,device" },{},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_drv_of_match);

4.3 平臺數據的屬性化
? 舊方式: 通過platform_data結構傳遞數據。

? 新方式: 從設備樹屬性讀取，如of_property_read_u32()。

// 讀取屬性值示例
of_property_read_u32(np, "clock-frequency", &clk_freq);

4.4 實例：GPIO按鍵驅動

gpio-keys {compatible = "gpio-keys";button {label = "Up";gpios = <&gpio0 1 0>;linux,code = <KEY_UP>;};
};

驅動通過OF API解析屬性：

of_get_gpio_flags(pp, 0, &flags); // 獲取GPIO號和極性
of_property_read_u32(pp, "linux-code", &key_code); // 讀取鍵值

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5. 常用OF API
? 節點操作:

? of_find_compatible_node(): 查找兼容節點。

? of_get_child_count(): 獲取子節點數量。

? 屬性讀取:

? of_property_read_u32_array(): 讀取32位數組。

? of_property_read_string(): 讀取字符串。

? 資源解析:

? of_get_named_gpio(): 獲取GPIO號。

? of_irq_get(): 獲取中斷號。

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6. 總結
? 設備樹優勢：解耦硬件描述與內核代碼，提升可維護性。

? 核心元素：節點、屬性、兼容性、地址編碼、中斷連接。

? 驅動適配：通過OF匹配表和API解析設備樹數據。

通過設備樹，ARM Linux實現了硬件描述的標準化，降低了BSP開發復雜度，成為嵌入式開發的必備知識。