设备树(Device Tree)详解：硬件描述的标准语言¶
概述¶
设备树(Device Tree)是一种描述硬件资源的数据结构和语言，它将硬件配置信息从Linux内核代码中分离出来，使得同一个内核可以支持多种硬件平台。完成本文学习后，你将能够：
- 理解设备树的概念和作用
- 掌握DTS语法和基本结构
- 学会编译和反编译设备树
- 了解设备树在Linux驱动中的使用
- 掌握设备树的调试方法
- 能够编写简单的设备树节点
为什么需要设备树？¶
传统方式的问题¶
在设备树出现之前，Linux内核使用板级文件(Board File)来描述硬件信息：
// 传统的板级文件方式（arch/arm/mach-xxx/board-xxx.c）
static struct resource led_resources[] = {
{
.start = 0x20200000,
.end = 0x20200FFF,
.flags = IORESOURCE_MEM,
},
};
static struct platform_device led_device = {
.name = "gpio-led",
.id = -1,
.num_resources = ARRAY_SIZE(led_resources),
.resource = led_resources,
};
static void __init board_init(void) {
platform_device_register(&led_device);
}
存在的问题：
- 代码耦合严重：硬件信息硬编码在内核中
- 维护困难：每个板子都需要单独的板级文件
- 内核膨胀：大量板级文件导致内核代码庞大
- 移植复杂：更换硬件需要修改和重新编译内核
- 灵活性差：无法动态适配不同硬件配置
设备树的优势¶
设备树通过将硬件描述从内核代码中分离，带来了诸多优势：
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 设备树源文件 (DTS) │
│ 人类可读的硬件描述文本 │
└─────────────────────────────────────────┘
↓ 编译
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 设备树二进制文件 (DTB) │
│ 机器可读的二进制格式 │
└─────────────────────────────────────────┘
↓ 加载
┌─────────────────────────────────────────┐
│ Linux内核 │
│ 解析设备树，创建设备节点 │
└─────────────────────────────────────────┘
主要优势：
| 优势 | 说明 |
|---|---|
| 代码分离 | 硬件描述与内核代码分离 |
| 易于维护 | 修改硬件配置无需重新编译内核 |
| 内核精简 | 移除大量板级文件代码 |
| 灵活性高 | 同一内核支持多种硬件配置 |
| 标准化 | 统一的硬件描述语言 |
| 可移植性 | 便于跨平台移植 |
设备树基本概念¶
设备树的组成¶
设备树由以下几个部分组成：
设备树文件系统
├── DTS (Device Tree Source) # 设备树源文件，人类可读
├── DTSI (Device Tree Source Include) # 设备树头文件，可被包含
├── DTB (Device Tree Blob) # 设备树二进制文件，机器可读
└── DTC (Device Tree Compiler) # 设备树编译器
文件类型说明：
| 文件类型 | 扩展名 | 说明 | 示例 |
|---|---|---|---|
| 设备树源文件 | .dts |
描述特定板子的硬件 | imx6ull-myboard.dts |
| 设备树包含文件 | .dtsi |
描述SoC通用硬件 | imx6ull.dtsi |
| 设备树二进制 | .dtb |
编译后的二进制文件 | imx6ull-myboard.dtb |
| 设备树头文件 | .h |
C语言头文件定义 | dt-bindings/gpio/gpio.h |
设备树的层次结构¶
设备树采用树形结构来描述硬件：
/ (根节点)
├── chosen (启动参数)
├── aliases (别名)
├── memory (内存信息)
├── cpus (CPU信息)
│ ├── cpu@0
│ └── cpu@1
├── soc (片上系统)
│ ├── uart1 (串口1)
│ ├── i2c1 (I2C总线1)
│ │ ├── sensor@48 (传感器设备)
│ │ └── eeprom@50 (EEPROM设备)
│ ├── spi1 (SPI总线1)
│ └── gpio (GPIO控制器)
└── leds (LED设备)
├── led1
└── led2
节点和属性¶
设备树由节点(Node)和属性(Property)组成：
节点：表示一个设备或总线
属性：描述节点的特性
DTS语法详解¶
基本语法规则¶
1. 节点定义
// 基本节点
node_name {
property1 = <value>;
property2 = "string";
};
// 带地址的节点
node_name@address {
reg = <address size>;
};
// 节点标签（用于引用）
label: node_name@address {
// 属性
};
2. 属性类型
// 空属性（布尔值）
property-name;
// 字符串
string-property = "hello";
// 32位无符号整数
int-property = <123>;
// 64位整数（两个32位值）
int64-property = <0x12345678 0x9abcdef0>;
// 字符串列表
string-list = "string1", "string2", "string3";
// 整数数组
int-array = <1 2 3 4 5>;
// 字节序列
byte-sequence = [01 02 03 04];
// 混合类型
mixed-property = "string", <0x12345678>, [01 02];
// 引用其他节点
phandle-property = <&label>;
3. 数值表示
// 十进制
decimal = <123>;
// 十六进制
hexadecimal = <0x7B>;
// 二进制（不常用）
binary = <0b1111011>;
// 大数值（64位）
large-value = <0x0 0x100000000>; // 4GB
标准属性¶
1. compatible属性
用于驱动匹配，最重要的属性：
compatible = "manufacturer,model";
// 示例
compatible = "fsl,imx6ull-uart", "fsl,imx6q-uart";
// 优先匹配 "fsl,imx6ull-uart"
// 如果没有，则匹配 "fsl,imx6q-uart"
2. reg属性
描述设备的地址和大小：
// 格式：reg = <address size>;
reg = <0x02020000 0x4000>; // 地址0x02020000，大小0x4000
// 多个地址范围
reg = <0x02020000 0x4000>, // 第一个范围
<0x02024000 0x4000>; // 第二个范围
3. #address-cells和#size-cells
定义子节点地址的格式：
soc {
#address-cells = <1>; // 地址用1个32位值表示
#size-cells = <1>; // 大小用1个32位值表示
uart1: serial@02020000 {
reg = <0x02020000 0x4000>; // 1个地址值，1个大小值
};
};
// 64位地址示例
soc {
#address-cells = <2>; // 地址用2个32位值表示（64位）
#size-cells = <2>; // 大小用2个32位值表示（64位）
memory@80000000 {
reg = <0x0 0x80000000 0x0 0x40000000>; // 1GB内存
};
};
4. status属性
表示设备状态：
status = "okay"; // 设备可用
status = "disabled"; // 设备禁用
status = "fail"; // 设备故障
status = "fail-sss"; // 设备故障，sss是具体原因
5. interrupts属性
描述中断信息：
完整的DTS示例¶
/dts-v1/; // 版本声明
#include "imx6ull.dtsi" // 包含SoC通用定义
#include <dt-bindings/gpio/gpio.h> // 包含GPIO定义
/ {
model = "MyBoard i.MX6ULL Board";
compatible = "mycompany,imx6ull-myboard", "fsl,imx6ull";
// 选择的启动参数
chosen {
bootargs = "console=ttymxc0,115200 root=/dev/mmcblk1p2 rootwait rw";
stdout-path = &uart1;
};
// 内存信息
memory@80000000 {
device_type = "memory";
reg = <0x80000000 0x20000000>; // 512MB
};
// 别名
aliases {
serial0 = &uart1;
i2c0 = &i2c1;
spi0 = &ecspi1;
};
// 自定义LED设备
leds {
compatible = "gpio-leds";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_leds>;
led1 {
label = "sys-led";
gpios = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
default-state = "on";
linux,default-trigger = "heartbeat";
};
led2 {
label = "user-led";
gpios = <&gpio1 4 GPIO_ACTIVE_LOW>;
default-state = "off";
};
};
// 自定义按键设备
gpio-keys {
compatible = "gpio-keys";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_keys>;
key1 {
label = "User Button";
gpios = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>;
linux,code = <KEY_ENTER>;
gpio-key,wakeup;
};
};
};
// 修改UART1配置
&uart1 {
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_uart1>;
status = "okay";
};
// 修改I2C1配置
&i2c1 {
clock-frequency = <100000>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_i2c1>;
status = "okay";
// I2C设备：温度传感器
temp_sensor: lm75@48 {
compatible = "national,lm75";
reg = <0x48>;
};
// I2C设备：EEPROM
eeprom: at24c02@50 {
compatible = "atmel,24c02";
reg = <0x50>;
pagesize = <8>;
};
};
// 修改SPI1配置
&ecspi1 {
fsl,spi-num-chipselects = <1>;
cs-gpios = <&gpio4 26 GPIO_ACTIVE_LOW>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_ecspi1>;
status = "okay";
// SPI设备：Flash
flash: m25p80@0 {
compatible = "jedec,spi-nor";
spi-max-frequency = <20000000>;
reg = <0>;
};
};
// GPIO引脚配置
&iomuxc {
pinctrl_uart1: uart1grp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_UART1_TX_DATA__UART1_DCE_TX 0x1b0b1
MX6UL_PAD_UART1_RX_DATA__UART1_DCE_RX 0x1b0b1
>;
};
pinctrl_i2c1: i2c1grp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_UART4_TX_DATA__I2C1_SCL 0x4001b8b0
MX6UL_PAD_UART4_RX_DATA__I2C1_SDA 0x4001b8b0
>;
};
pinctrl_leds: ledsgrp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0x17059
MX6UL_PAD_GPIO1_IO04__GPIO1_IO04 0x17059
>;
};
pinctrl_keys: keysgrp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_UART1_CTS_B__GPIO1_IO18 0x80000000
>;
};
};
设备树编译¶
编译工具：DTC¶
**设备树编译器(Device Tree Compiler, DTC)**用于将DTS文件编译成DTB文件。
安装DTC：
编译DTS到DTB¶
基本编译命令：
# 编译DTS为DTB
dtc -I dts -O dtb -o output.dtb input.dts
# 参数说明：
# -I dts：输入格式为DTS
# -O dtb：输出格式为DTB
# -o output.dtb：输出文件名
# input.dts：输入文件名
包含头文件的编译：
# 使用C预处理器处理包含文件
cpp -nostdinc -I include -undef -x assembler-with-cpp input.dts output.dts.tmp
dtc -I dts -O dtb -o output.dtb output.dts.tmp
rm output.dts.tmp
# 或使用内核Makefile
cd linux-5.15
make ARCH=arm dtbs
# 编译所有设备树文件
在内核源码中编译：
# 编译特定的DTB
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- imx6ull-myboard.dtb
# 编译所有DTB
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- dtbs
# 输出位置
ls arch/arm/boot/dts/*.dtb
反编译DTB到DTS¶
反编译命令：
# 反编译DTB为DTS
dtc -I dtb -O dts -o output.dts input.dtb
# 参数说明：
# -I dtb：输入格式为DTB
# -O dts：输出格式为DTS
# -o output.dts：输出文件名
# input.dtb：输入文件名
从运行系统中提取设备树：
# 方法1：从/proc读取
dtc -I fs -O dts -o current.dts /proc/device-tree
# 方法2：从/sys读取
cat /sys/firmware/devicetree/base/model
cat /sys/firmware/devicetree/base/compatible
# 方法3：使用fdtdump
fdtdump /boot/dtb/imx6ull-myboard.dtb
编译选项详解¶
常用编译选项：
# 显示警告信息
dtc -I dts -O dtb -W all -o output.dtb input.dts
# 抑制特定警告
dtc -I dts -O dtb -W no-unit_address_vs_reg -o output.dtb input.dts
# 生成符号信息（用于overlay）
dtc -I dts -O dtb -@ -o output.dtb input.dts
# 指定输出版本
dtc -I dts -O dtb -V 17 -o output.dtb input.dts
# 详细输出
dtc -I dts -O dtb -v -o output.dtb input.dts
警告类型说明：
| 警告类型 | 说明 |
|---|---|
unit_address_vs_reg |
节点名地址与reg属性不匹配 |
simple_bus_reg |
simple-bus节点包含reg属性 |
avoid_default_addr_size |
使用默认的address-cells/size-cells |
obsolete_chosen_interrupt_controller |
过时的chosen中断控制器 |
设备树在Linux中的使用¶
启动流程¶
设备树在Linux启动过程中的作用：
┌─────────────────────────────────────────┐
│ Bootloader (U-Boot) │
│ 加载内核和DTB到内存 │
└─────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 内核启动 │
│ 解析DTB，构建设备树数据结构 │
└─────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 平台设备注册 │
│ 根据设备树创建platform_device │
└─────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 驱动匹配 │
│ 通过compatible属性匹配驱动 │
└─────────────────────────────────────────┘
↓
┌─────────────────────────────────────────┐
│ 设备初始化 │
│ 驱动probe函数被调用 │
└─────────────────────────────────────────┘
在驱动中使用设备树¶
1. 驱动匹配
// 定义设备树匹配表
static const struct of_device_id mydev_of_match[] = {
{ .compatible = "mycompany,mydevice" },
{ .compatible = "mycompany,mydevice-v2" },
{ /* sentinel */ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, mydev_of_match);
// 平台驱动结构
static struct platform_driver mydev_driver = {
.driver = {
.name = "mydevice",
.of_match_table = mydev_of_match,
},
.probe = mydev_probe,
.remove = mydev_remove,
};
2. 读取属性
static int mydev_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct device_node *np = pdev->dev.of_node;
const char *string_val;
u32 int_val;
int ret;
// 读取字符串属性
ret = of_property_read_string(np, "label", &string_val);
if (ret == 0) {
dev_info(&pdev->dev, "Label: %s\n", string_val);
}
// 读取整数属性
ret = of_property_read_u32(np, "clock-frequency", &int_val);
if (ret == 0) {
dev_info(&pdev->dev, "Clock: %u Hz\n", int_val);
}
// 检查属性是否存在
if (of_property_read_bool(np, "enable-dma")) {
dev_info(&pdev->dev, "DMA enabled\n");
}
return 0;
}
3. 获取资源
static int mydev_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct resource *res;
void __iomem *base;
int irq;
// 获取内存资源
res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_MEM, 0);
if (!res) {
dev_err(&pdev->dev, "Failed to get memory resource\n");
return -ENODEV;
}
// 映射内存
base = devm_ioremap_resource(&pdev->dev, res);
if (IS_ERR(base)) {
return PTR_ERR(base);
}
// 获取中断号
irq = platform_get_irq(pdev, 0);
if (irq < 0) {
dev_err(&pdev->dev, "Failed to get IRQ\n");
return irq;
}
dev_info(&pdev->dev, "Base: 0x%px, IRQ: %d\n", base, irq);
return 0;
}
4. 解析GPIO
#include <linux/gpio/consumer.h>
static int mydev_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct gpio_desc *gpio;
// 获取GPIO描述符
gpio = devm_gpiod_get(&pdev->dev, "reset", GPIOD_OUT_LOW);
if (IS_ERR(gpio)) {
dev_err(&pdev->dev, "Failed to get reset GPIO\n");
return PTR_ERR(gpio);
}
// 设置GPIO值
gpiod_set_value(gpio, 1); // 拉高
msleep(10);
gpiod_set_value(gpio, 0); // 拉低
return 0;
}
5. 解析时钟
#include <linux/clk.h>
static int mydev_probe(struct platform_device *pdev)
{
struct clk *clk;
unsigned long rate;
// 获取时钟
clk = devm_clk_get(&pdev->dev, "ipg");
if (IS_ERR(clk)) {
dev_err(&pdev->dev, "Failed to get clock\n");
return PTR_ERR(clk);
}
// 使能时钟
clk_prepare_enable(clk);
// 获取时钟频率
rate = clk_get_rate(clk);
dev_info(&pdev->dev, "Clock rate: %lu Hz\n", rate);
return 0;
}
常用OF函数¶
节点操作函数：
// 通过路径查找节点
struct device_node *of_find_node_by_path(const char *path);
// 通过名称查找节点
struct device_node *of_find_node_by_name(struct device_node *from, const char *name);
// 通过compatible查找节点
struct device_node *of_find_compatible_node(struct device_node *from,
const char *type,
const char *compatible);
// 通过phandle查找节点
struct device_node *of_find_node_by_phandle(phandle handle);
// 获取父节点
struct device_node *of_get_parent(const struct device_node *node);
// 获取子节点
struct device_node *of_get_next_child(const struct device_node *node,
struct device_node *prev);
属性读取函数：
// 读取字符串
int of_property_read_string(const struct device_node *np,
const char *propname,
const char **out_string);
// 读取u32整数
int of_property_read_u32(const struct device_node *np,
const char *propname,
u32 *out_value);
// 读取u32数组
int of_property_read_u32_array(const struct device_node *np,
const char *propname,
u32 *out_values,
size_t sz);
// 读取u64整数
int of_property_read_u64(const struct device_node *np,
const char *propname,
u64 *out_value);
// 检查属性是否存在
bool of_property_read_bool(const struct device_node *np,
const char *propname);
// 获取属性长度
int of_property_count_elems_of_size(const struct device_node *np,
const char *propname,
int elem_size);
资源获取函数：
// 获取地址和大小
int of_address_to_resource(struct device_node *dev,
int index,
struct resource *r);
// 获取中断号
int of_irq_get(struct device_node *dev, int index);
// 解析phandle
struct device_node *of_parse_phandle(const struct device_node *np,
const char *phandle_name,
int index);
设备树调试方法¶
查看运行时设备树¶
1. 通过/proc查看
# 查看设备树根节点
ls /proc/device-tree/
# 查看model信息
cat /proc/device-tree/model
# 查看compatible信息
cat /proc/device-tree/compatible
# 查看特定节点
ls /proc/device-tree/soc/
cat /proc/device-tree/soc/uart@02020000/status
2. 通过/sys查看
# 查看设备树基础信息
ls /sys/firmware/devicetree/base/
# 查看model
cat /sys/firmware/devicetree/base/model
# 查看所有compatible
find /sys/firmware/devicetree/base -name compatible -exec cat {} \;
3. 导出完整设备树
# 方法1：使用dtc
dtc -I fs -O dts -o /tmp/current.dts /proc/device-tree
# 方法2：从内存导出
cat /sys/firmware/fdt > /tmp/current.dtb
dtc -I dtb -O dts -o /tmp/current.dts /tmp/current.dtb
# 查看导出的设备树
less /tmp/current.dts
调试技巧¶
1. 检查设备树是否加载
# 查看内核启动日志
dmesg | grep -i "device tree"
dmesg | grep -i "dtb"
# 输出示例：
# [ 0.000000] Machine model: MyBoard i.MX6ULL Board
# [ 0.000000] OF: fdt: Machine model: MyBoard i.MX6ULL Board
2. 检查设备是否创建
# 查看平台设备
ls /sys/bus/platform/devices/
# 查看特定设备
ls /sys/bus/platform/devices/2020000.serial/
# 查看设备的设备树节点
cat /sys/bus/platform/devices/2020000.serial/of_node/compatible
3. 检查驱动是否匹配
# 查看已加载的驱动
ls /sys/bus/platform/drivers/
# 查看驱动绑定的设备
ls /sys/bus/platform/drivers/imx-uart/
# 查看设备的驱动
readlink /sys/bus/platform/devices/2020000.serial/driver
4. 使用内核调试选项
# 在内核配置中启用
Device Drivers --->
Generic Driver Options --->
[*] Driver Core verbose debug messages
# 或在启动参数中添加
console=ttyS0,115200 debug
# 查看详细日志
dmesg | grep "of_platform"
dmesg | grep "compatible"
5. 编写测试代码
// 测试设备树节点是否存在
static int __init test_dt_init(void)
{
struct device_node *np;
np = of_find_node_by_path("/leds/led1");
if (np) {
pr_info("Found LED1 node\n");
of_node_put(np);
} else {
pr_err("LED1 node not found\n");
}
return 0;
}
module_init(test_dt_init);
常见错误排查¶
错误1：设备树未加载
症状：
- /proc/device-tree目录不存在
- dmesg中没有设备树相关信息
原因：
- DTB文件未传递给内核
- Bootloader配置错误
解决方案：
# 检查U-Boot配置
printenv
# 确保fdt_addr或fdt_file正确设置
# 手动加载DTB
fatload mmc 0:1 ${fdt_addr} imx6ull-myboard.dtb
bootz ${kernel_addr} - ${fdt_addr}
错误2：设备未创建
症状：
- /sys/bus/platform/devices/中没有对应设备
原因：
- compatible属性错误
- status = "disabled"
- 节点格式错误
解决方案：
# 检查设备树节点
cat /proc/device-tree/soc/uart@02020000/compatible
cat /proc/device-tree/soc/uart@02020000/status
# 确保status为"okay"
&uart1 {
status = "okay";
};
错误3：驱动未匹配
症状：
- 设备存在但没有驱动
原因：
- compatible字符串不匹配
- 驱动未编译或加载
解决方案：
# 检查驱动的compatible
grep -r "mycompany,mydevice" drivers/
# 确保驱动已加载
lsmod | grep mydriver
modprobe mydriver
# 检查驱动匹配表
cat /sys/bus/platform/drivers/mydriver/uevent
错误4：属性读取失败
症状：
- of_property_read_xxx返回错误
原因：
- 属性名称错误
- 属性类型不匹配
- 属性不存在
解决方案：
# 检查属性是否存在
ls /proc/device-tree/path/to/node/
# 查看属性值
hexdump -C /proc/device-tree/path/to/node/property-name
# 确保属性格式正确
property-name = <0x12345678>; // u32
property-name = "string"; // string
设备树Overlay¶
Overlay概念¶
设备树Overlay允许在运行时动态修改设备树，无需重新编译和加载整个DTB。
应用场景： - 动态添加/移除设备 - 支持可插拔硬件 - 开发板扩展模块 - 运行时配置修改
Overlay语法¶
/dts-v1/;
/plugin/; // 声明为overlay
/ {
compatible = "mycompany,imx6ull-myboard";
fragment@0 {
target = <&i2c1>; // 目标节点
__overlay__ {
// 要添加或修改的内容
sensor@48 {
compatible = "ti,tmp102";
reg = <0x48>;
};
};
};
fragment@1 {
target-path = "/"; // 使用路径指定目标
__overlay__ {
new_device {
compatible = "mycompany,newdev";
status = "okay";
};
};
};
};
编译Overlay¶
# 编译overlay（需要符号支持）
dtc -@ -I dts -O dtb -o overlay.dtbo overlay.dts
# 基础DTB也需要符号支持
dtc -@ -I dts -O dtb -o base.dtb base.dts
应用Overlay¶
方法1：使用configfs
# 挂载configfs
mount -t configfs none /sys/kernel/config
# 创建overlay目录
mkdir /sys/kernel/config/device-tree/overlays/my_overlay
# 应用overlay
cat overlay.dtbo > /sys/kernel/config/device-tree/overlays/my_overlay/dtbo
# 检查状态
cat /sys/kernel/config/device-tree/overlays/my_overlay/status
# 移除overlay
rmdir /sys/kernel/config/device-tree/overlays/my_overlay
方法2：使用U-Boot
# 在U-Boot中加载overlay
fatload mmc 0:1 ${fdt_addr} base.dtb
fatload mmc 0:1 ${overlay_addr} overlay.dtbo
fdt addr ${fdt_addr}
fdt resize 8192
fdt apply ${overlay_addr}
bootz ${kernel_addr} - ${fdt_addr}
实战示例¶
示例1：添加LED设备¶
设备树配置：
/ {
leds {
compatible = "gpio-leds";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_leds>;
led_red {
label = "red";
gpios = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
default-state = "off";
};
led_green {
label = "green";
gpios = <&gpio1 4 GPIO_ACTIVE_LOW>;
default-state = "off";
linux,default-trigger = "heartbeat";
};
};
};
&iomuxc {
pinctrl_leds: ledsgrp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0x17059
MX6UL_PAD_GPIO1_IO04__GPIO1_IO04 0x17059
>;
};
};
测试LED：
# 查看LED设备
ls /sys/class/leds/
# 控制LED
echo 1 > /sys/class/leds/red/brightness
echo 0 > /sys/class/leds/red/brightness
# 设置触发器
echo timer > /sys/class/leds/green/trigger
echo 100 > /sys/class/leds/green/delay_on
echo 100 > /sys/class/leds/green/delay_off
示例2：添加I2C设备¶
设备树配置：
&i2c1 {
clock-frequency = <100000>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_i2c1>;
status = "okay";
// 温度传感器
temp_sensor: lm75@48 {
compatible = "national,lm75";
reg = <0x48>;
};
// RTC
rtc: ds1307@68 {
compatible = "dallas,ds1307";
reg = <0x68>;
};
// EEPROM
eeprom: at24c256@50 {
compatible = "atmel,24c256";
reg = <0x50>;
pagesize = <64>;
};
};
&iomuxc {
pinctrl_i2c1: i2c1grp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_UART4_TX_DATA__I2C1_SCL 0x4001b8b0
MX6UL_PAD_UART4_RX_DATA__I2C1_SDA 0x4001b8b0
>;
};
};
测试I2C设备：
# 扫描I2C总线
i2cdetect -y 1
# 读取温度传感器
cat /sys/class/hwmon/hwmon0/temp1_input
# 读取RTC时间
hwclock -r
# 读写EEPROM
echo "Hello" > /sys/bus/i2c/devices/1-0050/eeprom
hexdump -C /sys/bus/i2c/devices/1-0050/eeprom | head
示例3：添加SPI设备¶
设备树配置：
&ecspi1 {
fsl,spi-num-chipselects = <2>;
cs-gpios = <&gpio4 26 GPIO_ACTIVE_LOW>,
<&gpio4 27 GPIO_ACTIVE_LOW>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_ecspi1>;
status = "okay";
// SPI Flash
flash: m25p80@0 {
compatible = "jedec,spi-nor";
spi-max-frequency = <20000000>;
reg = <0>;
partitions {
compatible = "fixed-partitions";
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
partition@0 {
label = "bootloader";
reg = <0x0 0x100000>;
read-only;
};
partition@100000 {
label = "kernel";
reg = <0x100000 0x400000>;
};
partition@500000 {
label = "rootfs";
reg = <0x500000 0xb00000>;
};
};
};
// SPI设备
spidev@1 {
compatible = "rohm,dh2228fv";
spi-max-frequency = <1000000>;
reg = <1>;
};
};
&iomuxc {
pinctrl_ecspi1: ecspi1grp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_CSI_DATA07__ECSPI1_MISO 0x100b1
MX6UL_PAD_CSI_DATA06__ECSPI1_MOSI 0x100b1
MX6UL_PAD_CSI_DATA04__ECSPI1_SCLK 0x100b1
MX6UL_PAD_CSI_DATA05__GPIO4_IO26 0x100b1
MX6UL_PAD_CSI_DATA08__GPIO4_IO27 0x100b1
>;
};
};
测试SPI设备：
# 查看SPI设备
ls /dev/spidev*
# 查看Flash分区
cat /proc/mtd
# 读取Flash
dd if=/dev/mtd0 of=/tmp/bootloader.bin bs=1M count=1
# 使用spidev
# 需要编写用户空间程序或使用spidev工具
最佳实践¶
1. 设备树组织¶
分层结构：
arch/arm/boot/dts/
├── imx6ull.dtsi # SoC通用定义
├── imx6ull-14x14-evk.dtsi # EVK板通用定义
├── imx6ull-14x14-evk.dts # EVK板具体配置
└── imx6ull-myboard.dts # 自定义板配置
包含关系：
// imx6ull-myboard.dts
#include "imx6ull.dtsi"
#include "imx6ull-14x14-evk.dtsi"
/ {
model = "MyBoard i.MX6ULL";
compatible = "mycompany,imx6ull-myboard", "fsl,imx6ull";
// 板级特定配置
};
2. 命名规范¶
节点命名：
// 格式：device-type@unit-address
uart1: serial@02020000 { };
i2c1: i2c@021a0000 { };
gpio1: gpio@0209c000 { };
// 不带地址的节点
leds { };
gpio-keys { };
regulators { };
属性命名：
// 使用小写和连字符
compatible = "vendor,device";
clock-frequency = <100000>;
pinctrl-names = "default";
// 避免使用下划线或驼峰命名
// 错误：clockFrequency, clock_frequency
标签命名：
// 使用有意义的标签
uart1: serial@02020000 { };
temp_sensor: lm75@48 { };
led_red: led@0 { };
// 避免使用无意义的标签
// 错误：node1, dev2, label3
3. 文档化¶
添加注释：
/ {
model = "MyBoard i.MX6ULL Board";
compatible = "mycompany,imx6ull-myboard", "fsl,imx6ull";
/*
* LED配置
* - led_red: GPIO1_IO03, 低电平有效
* - led_green: GPIO1_IO04, 低电平有效，心跳触发
*/
leds {
compatible = "gpio-leds";
led_red {
label = "red";
gpios = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
default-state = "off";
};
};
};
创建绑定文档：
# Documentation/devicetree/bindings/leds/mycompany-leds.yaml
%YAML 1.2
---
$id: http://devicetree.org/schemas/leds/mycompany-leds.yaml#
$schema: http://devicetree.org/meta-schemas/core.yaml#
title: MyCompany LED Controller
maintainers:
- Your Name <your.email@example.com>
properties:
compatible:
const: mycompany,led-controller
reg:
maxItems: 1
num-leds:
description: Number of LEDs
$ref: /schemas/types.yaml#/definitions/uint32
required:
- compatible
- reg
examples:
- |
leds@40000000 {
compatible = "mycompany,led-controller";
reg = <0x40000000 0x1000>;
num-leds = <4>;
};
4. 版本控制¶
使用Git管理：
# 提交设备树修改
git add arch/arm/boot/dts/imx6ull-myboard.dts
git commit -m "ARM: dts: imx6ull: Add support for MyBoard"
# 查看历史
git log -- arch/arm/boot/dts/imx6ull-myboard.dts
# 比较版本
git diff v1.0..v2.0 arch/arm/boot/dts/imx6ull-myboard.dts
版本标记：
/ {
model = "MyBoard i.MX6ULL Board v2.0";
compatible = "mycompany,imx6ull-myboard-v2",
"mycompany,imx6ull-myboard",
"fsl,imx6ull";
// 硬件版本信息
hardware {
revision = "2.0";
date = "2024-01-15";
};
};
5. 测试验证¶
编译检查：
# 编译设备树
make ARCH=arm dtbs
# 检查警告
make ARCH=arm W=1 dtbs
# 使用dtc检查
dtc -I dts -O dtb -W all -o /dev/null myboard.dts
运行时验证：
# 检查设备树加载
dmesg | grep "OF:"
dmesg | grep "device tree"
# 验证设备创建
ls /sys/bus/platform/devices/
# 验证驱动匹配
ls /sys/bus/platform/drivers/
# 导出并检查
dtc -I fs -O dts -o /tmp/current.dts /proc/device-tree
diff -u original.dts /tmp/current.dts
常见问题¶
Q1: 设备树和ACPI有什么区别？¶
A: 设备树(Device Tree)和ACPI(Advanced Configuration and Power Interface)都是硬件描述机制，但有不同的应用场景：
| 特性 | 设备树 | ACPI |
|---|---|---|
| 主要平台 | ARM、PowerPC、RISC-V | x86、x86_64 |
| 复杂度 | 相对简单 | 复杂 |
| 动态性 | 静态描述 | 支持动态配置 |
| 电源管理 | 基础支持 | 完整的电源管理 |
| 热插拔 | 有限支持 | 完整支持 |
| 文件格式 | 文本+二进制 | 二进制表格 |
选择建议： - 嵌入式ARM系统：使用设备树 - x86服务器/PC：使用ACPI - ARM服务器：可能同时支持两者
Q2: 为什么修改设备树后设备没有变化？¶
A: 可能的原因和解决方案：
-
DTB未更新
-
Bootloader未加载新DTB
-
设备状态为disabled
-
驱动未加载
Q3: 如何在设备树中引用其他节点？¶
A: 使用phandle和标签：
// 方法1：使用标签引用
gpio1: gpio@0209c000 {
// GPIO控制器定义
};
leds {
led1 {
gpios = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>; // 引用gpio1
};
};
// 方法2：使用phandle
/ {
gpio-controller {
phandle = <0x10>;
};
leds {
led1 {
gpios = <0x10 3 0>; // 使用phandle值
};
};
};
// 方法3：使用路径
leds {
led1 {
gpio-controller = <&{/soc/gpio@0209c000}>;
};
};
Q4: 设备树中的地址如何确定？¶
A: 地址来源于硬件手册：
// 1. 查看芯片手册的Memory Map章节
// 例如：i.MX6ULL参考手册
// UART1: 0x02020000 - 0x02023FFF (16KB)
uart1: serial@02020000 {
compatible = "fsl,imx6ul-uart";
reg = <0x02020000 0x4000>; // 地址和大小
};
// 2. 对于I2C/SPI设备，地址是设备地址
i2c1 {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <0>;
sensor@48 { // I2C地址0x48
compatible = "ti,tmp102";
reg = <0x48>;
};
};
Q5: 如何调试设备树匹配问题？¶
A: 使用以下方法：
# 1. 检查compatible字符串
cat /proc/device-tree/path/to/node/compatible
# 2. 查看驱动的匹配表
grep -r "compatible_string" drivers/
# 3. 启用调试信息
echo 8 > /proc/sys/kernel/printk
dmesg -w
# 4. 检查设备和驱动
ls /sys/bus/platform/devices/
ls /sys/bus/platform/drivers/
# 5. 手动绑定驱动
echo "device_name" > /sys/bus/platform/drivers/driver_name/bind
Q6: 设备树可以在运行时修改吗？¶
A: 有限支持，主要通过Overlay：
# 使用configfs动态加载overlay
mount -t configfs none /sys/kernel/config
mkdir /sys/kernel/config/device-tree/overlays/test
cat overlay.dtbo > /sys/kernel/config/device-tree/overlays/test/dtbo
# 但不能修改已存在的节点的某些属性
# 只能添加新节点或修改特定属性
限制： - 不能删除已存在的节点 - 不能修改某些关键属性 - 需要内核支持CONFIG_OF_OVERLAY - 基础DTB需要编译时包含符号信息(-@选项)
总结¶
通过本文的学习，你应该已经掌握了设备树的核心知识：
核心要点¶
- 设备树的作用
- 将硬件描述从内核代码中分离
- 提供统一的硬件描述语言
-
支持一个内核适配多种硬件
-
DTS语法
- 节点和属性的基本结构
- 标准属性的使用方法
-
节点引用和phandle机制
-
设备树编译
- 使用dtc编译DTS到DTB
- 反编译DTB查看内容
-
在内核中编译设备树
-
驱动中使用
- 通过compatible匹配驱动
- 使用OF函数读取属性
-
获取资源和GPIO
-
调试方法
- 通过/proc和/sys查看设备树
- 检查设备和驱动匹配
- 排查常见问题
学习建议¶
对于初学者： 1. 从简单的LED、按键设备开始 2. 理解节点和属性的基本概念 3. 学会查看和修改现有设备树 4. 掌握基本的调试方法
对于进阶开发者： 1. 深入理解设备树绑定规范 2. 学习编写设备树文档 3. 掌握Overlay的使用 4. 了解设备树在内核中的实现
对于驱动开发者： 1. 熟练使用OF函数API 2. 理解设备树与驱动的匹配机制 3. 掌握资源获取方法 4. 学会编写设备树绑定文档
关键技能清单¶
完成本文学习后，你应该能够：
- 理解设备树的概念和作用
- 阅读和理解DTS文件
- 编写简单的设备树节点
- 编译和反编译设备树
- 在驱动中使用设备树
- 调试设备树相关问题
- 使用设备树Overlay
延伸阅读¶
推荐学习路径¶
- Linux驱动开发
- Linux驱动开发入门
- 学习如何在驱动中使用设备树
-
理解平台设备驱动框架
-
BSP开发
- 设备树编写实战
- 深入学习设备树编写技巧
-
掌握复杂设备的描述方法
-
内核移植
- 嵌入式Linux完整系统构建
- 学习完整的系统移植流程
- 理解设备树在系统中的位置
相关文档¶
官方文档：
- Linux内核设备树文档
- Documentation/devicetree/
- Documentation/devicetree/bindings/
-
https://www.kernel.org/doc/Documentation/devicetree/
-
设备树规范
- https://www.devicetree.org/
- Device Tree Specification
-
ePAPR (Embedded Power Architecture Platform Requirements)
-
内核源码
- drivers/of/ - OF核心代码
- include/linux/of*.h - OF头文件
- arch/arm/boot/dts/ - ARM设备树
推荐书籍：
- 《Linux设备驱动程序》
- 第14章：Linux设备模型
-
设备树相关内容
-
《嵌入式Linux系统开发》
- 设备树章节
-
实战案例
-
《ARM Linux内核源码剖析》
- 设备树解析过程
- 内核实现细节
在线资源：
- Bootlin培训材料
- https://bootlin.com/docs/
-
免费的设备树教程
-
eLinux.org
- https://elinux.org/Device_Tree
-
设备树Wiki和示例
-
内核邮件列表
- https://lkml.org/
- 设备树相关讨论
实践项目建议¶
- 基础项目
- 为自己的开发板编写设备树
- 添加LED、按键等简单设备
-
测试I2C、SPI设备
-
进阶项目
- 编写设备树Overlay
- 支持可插拔扩展模块
-
实现运行时配置
-
高级项目
- 移植新的SoC设备树
- 编写设备树绑定文档
- 贡献设备树到内核主线
参考资料¶
- Device Tree Specification v0.3 - devicetree.org
- Linux Kernel Documentation: Device Tree - kernel.org
- ePAPR v1.1 - Power.org
- ARM Linux Device Tree - ARM官方文档
- i.MX6ULL Reference Manual - NXP
- Bootlin Device Tree Training - bootlin.com
练习题：
- 编写一个设备树节点，描述一个连接到I2C总线的温度传感器
- 修改现有设备树，添加一个GPIO控制的LED
- 编译设备树并在QEMU中测试
- 编写一个简单的驱动，从设备树中读取配置信息
- 创建一个设备树Overlay，动态添加一个SPI设备
下一步：建议学习 Linux驱动开发入门，深入了解如何在驱动中使用设备树。