第1章设备树基础

第一章：设备树基础

1.1 什么是设备树？

设备树，英文叫 Device Tree。说白了，它就是一个描述硬件的数据结构。

我刚开始做嵌入式时，内核里全是板级文件。换一个板子，就要改一堆 C 代码。后来 ARM Linux 社区受不了了，干脆搞了个设备树出来。嗯，这玩意儿就是用来替代那些硬编码的板级信息的。

设备树用树形结构来描述硬件。CPU、内存、中断控制器、GPIO 控制器、I2C 设备……统统挂在树上。每个硬件节点都有属性，比如地址、中断号、时钟频率等。

核心思想：把硬件描述从内核代码中剥离出来，变成独立的数据文件。内核启动时解析这个文件，就知道板子上有什么硬件了。

1.2 为什么需要设备树？

你想想看，以前没有设备树的时候，内核是怎么知道硬件的？

每个板子都要写一个 board.c 文件。里面注册平台设备、定义资源、配置中断……代码量巨大。而且不同厂商的板子，代码风格还不一样。维护起来简直是噩梦。

我记得有一次，帮客户移植内核。他们换了颗 Flash 芯片，结果要改三个文件：板级文件、NAND 驱动、分区表。改完还要重新编译整个内核。折腾了两天。

设备树解决了三个核心问题：

硬件描述标准化：所有硬件都用同一种语法描述，不再有五花八门的板级文件
内核与硬件解耦：换硬件只需要改 dts 文件，不用改内核代码
启动参数灵活：内存大小、串口波特率、MAC 地址等，都可以在设备树里配

我的经验：做产品开发时，我习惯把设备树和内核分开管理。内核用主线版本，设备树自己维护。这样升级内核时，只需要改少量设备树节点，省心很多。

1.3 设备树文件结构

设备树涉及三种文件：dts、dtsi、dtb。很多人一开始搞混，我简单说说它们的区别。

文件类型	扩展名	作用	谁在用
源文件	.dts	描述具体板子的硬件	开发者编写
头文件	.dtsi	存放通用硬件描述，可被多个 dts 引用	SoC 厂商提供
二进制文件	.dtb	编译后的设备树，内核直接使用	Bootloader 加载

dtsi 就像 C 语言的 .h 头文件。SoC 厂商会把 CPU、中断控制器、GPIO 控制器等通用部分放在 dtsi 里。板级开发者只需要 include 进来，再添加自己板子特有的外设即可。

举个例子：

// 这是 SoC 厂商提供的 .dtsi 文件
// 描述了一个通用的 ARM 处理器

/ {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    
    cpu@0 {
        compatible = "arm,cortex-a7";
        reg = <0x0>;
    };
    
    interrupt-controller@1e00000 {
        compatible = "arm,gic-400";
        reg = <0x1e00000 0x1000>;
        interrupt-controller;
        #interrupt-cells = <3>;
    };
    
    gpio@1c00000 {
        compatible = "snps,dw-apb-gpio";
        reg = <0x1c00000 0x1000>;
        gpio-controller;
        #gpio-cells = <2>;
    };
};

然后板级 dts 文件这样写：

// 这是具体板子的 .dts 文件
// 引用了 SoC 的 dtsi，再添加板级外设

#include "soc.dtsi"

/ {
    model = "MyCustomBoard v1.0";
    compatible = "mycompany,myboard";
    
    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x20000000>;  // 512MB
    };
    
    &uart0 {
        status = "okay";
        clock-frequency = <115200>;
    };
    
    &i2c0 {
        status = "okay";
        
        eeprom@50 {
            compatible = "atmel,24c02";
            reg = <0x50>;
        };
    };
};

编译时，dtc（Device Tree Compiler）会把 dts 和 dtsi 合并，生成一个 dtb 文件。Bootloader 把 dtb 加载到内存，内核启动时解析它。

注意：我曾经遇到过一个坑——dtsi 里定义了某个外设，但板级 dts 里忘了设置 status = "okay"。结果内核根本不初始化这个设备。查了两天才发现是 status 默认是 "disabled"。所以，添加外设后一定要检查 status 属性。

1.4 设备树的核心语法

设备树的语法其实很简单。我总结几个关键点：

节点：用 {} 表示，节点名格式为 name@address
属性：key = value; 的形式，value 可以是字符串、数字、数组
标签：用 & 引用已有节点，方便追加属性
包含：用 #include 引入 dtsi 文件

这里有个小技巧：属性值里的数字，默认是 32 位。如果地址是 64 位，需要设置 #address-cells = <2>。我见过有人把 64 位地址截断了，结果内存只认到 4GB。

1.5 设备树与中断控制器、GPIO 的关系

设备树里，中断控制器和 GPIO 控制器是两个非常重要的节点。它们负责描述硬件的中断路由和 GPIO 映射。

中断控制器节点需要声明：

interrupt-controller：表明这是一个中断控制器
#interrupt-cells：描述中断描述符需要几个 cell

GPIO 控制器节点需要声明：

gpio-controller：表明这是一个 GPIO 控制器
#gpio-cells：描述 GPIO 描述符需要几个 cell

外设节点通过 interrupts 和 gpios 属性来引用这些资源。这部分内容，我们会在后面的章节详细展开。

我的建议：刚开始学设备树，不要急着看复杂的 dts 文件。先找一块简单的开发板，读它的 dts 文件。对照原理图，一个一个节点看。看懂了，再自己写一个最小系统。实践出真知。

1.6 本章知识体系

下面这张图，概括了设备树的核心概念和文件结构：

这张图展示了设备树的完整知识体系。从源文件到二进制文件，从核心概念到应用场景。后面的章节，我们会逐一深入每个细节。

好了，第一章就到这里。设备树的基础概念，说白了就是：用树形结构描述硬件，把硬件信息从内核代码中分离出来。dts、dtsi、dtb 三种文件各司其职，共同构成了设备树的完整生态。

下一章，我们会深入设备树的语法细节。包括节点命名规则、属性类型、地址编码等。这些都是写设备树必须掌握的基本功。

公众号:蓝海资料掘金营，微信deep3321

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第一章：设备树基础

1.1 什么是设备树？

1.2 为什么需要设备树？

1.3 设备树文件结构

1.4 设备树的核心语法

1.5 设备树与中断控制器、GPIO 的关系

1.6 本章知识体系