4、设备树基础：DTS语法、Exynos设备树文件（exynos4412.dtsi）、如何添加自定义节点

好，咱们今天聊聊设备树。说实话，我刚入行那会儿，Linux内核里还到处都是板级文件，每个板子一个 board-xxx.c，那叫一个乱。后来设备树一统江湖，我一开始还挺抵触的——又得学新东西。但用顺手之后，我只能说：真香。

设备树，说白了就是一套描述硬件信息的“说明书”。你想想看，内核要支持那么多款芯片、那么多块板子，总不能每换一个板子就重新编译一次内核吧？设备树就是把这个“硬件描述”从内核代码里抽出来，变成一个独立的数据结构。内核启动时读它，就知道自己跑在什么硬件上了。

4.1 DTS语法：没那么玄乎

设备树的源文件后缀是 .dts，头文件后缀是 .dtsi。语法其实很简单，就是一棵树，根节点是 /，下面挂各种子节点。每个节点有属性，属性就是键值对。

我给大家看个最基础的例子：

/dts-v1/;

/ {
    compatible = "samsung,exynos4412";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;

    memory@40000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x40000000 0x40000000>;
    };

    chosen {
        bootargs = "console=ttySAC2,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw";
    };
};

这里有几个关键点：

  • /dts-v1/;：版本声明，必须写在第一行。我见过有人漏掉这个，编译直接报错。
  • compatible：兼容性字符串，内核靠它匹配驱动。格式一般是"厂商,型号"。
  • #address-cells 和 #size-cells：这两个决定了 reg 属性里地址和长度各占几个32位整数。比如 <1 1> 就是地址占1个cell，长度占1个cell。
  • reg：描述地址空间。上面那个 memory 节点，意思是从0x40000000开始，大小0x40000000（1GB）。
我的小习惯：写 reg 属性时，我习惯把地址和长度分开写，中间加个注释说明含义。比如 reg = <0x11400000 0x100>; /* UART基地址 0x11400000，长度 256字节 */。这样过几个月回来看，自己还能看懂。

4.2 Exynos4412的设备树文件：exynos4412.dtsi

咱们做Exynos4412开发，最核心的文件就是 exynos4412.dtsi。这个文件是三星官方提供的，描述了芯片内部所有的外设：UART、I2C、SPI、GPIO、定时器、中断控制器……基本上你能想到的都在里面。

我截取一段真实的 exynos4412.dtsi 内容给大家看看：

soc {
    compatible = "simple-bus";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    ranges;

    uart0: serial@13800000 {
        compatible = "samsung,exynos4412-uart";
        reg = <0x13800000 0x100>;
        interrupts = <0 52 0>;
        clocks = <&clock CLK_UART0>, <&clock CLK_SCLK_UART0>;
        clock-names = "uart", "clk_uart_baud0";
        status = "disabled";
    };

    uart1: serial@13810000 {
        compatible = "samsung,exynos4412-uart";
        reg = <0x13810000 0x100>;
        interrupts = <0 53 0>;
        clocks = <&clock CLK_UART1>, <&clock CLK_SCLK_UART1>;
        clock-names = "uart", "clk_uart_baud0";
        status = "disabled";
    };

    uart2: serial@13820000 {
        compatible = "samsung,exynos4412-uart";
        reg = <0x13820000 0x100>;
        interrupts = <0 54 0>;
        clocks = <&clock CLK_UART2>, <&clock CLK_SCLK_UART2>;
        clock-names = "uart", "clk_uart_baud0";
        status = "disabled";
    };

    uart3: serial@13830000 {
        compatible = "samsung,exynos4412-uart";
        reg = <0x13830000 0x100>;
        interrupts = <0 55 0>;
        clocks = <&clock CLK_UART3>, <&clock CLK_SCLK_UART3>;
        clock-names = "uart", "clk_uart_baud0";
        status = "disabled";
    };
};

注意看，每个UART节点都默认 status = "disabled"。为什么？因为芯片有4个UART，但你的板子可能只用其中一两个。具体用哪个，由板级 .dts 文件去 okay 它。

这里有个坑：我曾经接手一个项目，前任把UART2在 .dtsi 里直接写成了 status = "okay"。结果所有用这个 .dtsi 的板子都默认打开了UART2，导致GPIO冲突，排查了两天才找到原因。所以记住：.dtsi 里只描述硬件存在，不决定硬件启用。启用的事交给板级 .dts。

4.3 如何添加自定义节点

做项目时，难免要加一些芯片手册上没有的外设。比如你外接了一个LED、一个自定义的FPGA、或者一个I2C传感器。这时候就需要添加自定义节点。

添加自定义节点有两种方式：

方式一：在板级 .dts 文件中添加

假设你的板子叫 myboard.dts，它 #include 了 exynos4412.dtsi。你想加一个自定义的LED设备：

#include "exynos4412.dtsi"

/ {
    model = "My Exynos4412 Board";
    compatible = "mycompany,myboard", "samsung,exynos4412";

    myled: my-led {
        compatible = "mycompany,my-led";
        gpios = <&gpx1 0 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        label = "user_led1";
        status = "okay";
    };
};

这里我创建了一个 my-led 节点，挂在根节点下。内核驱动可以通过 compatible 匹配到这个节点，然后读取 gpios 属性来控制LED。

方式二：在 .dtsi 中添加，然后板级文件引用

如果你这个设备会被多个板子用到，那就应该放在 .dtsi 里。比如你做了一个Exynos4412的扩展板，上面有个自定义的ADC芯片：

// 在 exynos4412-myadc.dtsi 中
&i2c_1 {
    myadc: adc@48 {
        compatible = "mycompany,my-adc";
        reg = <0x48>;
        vref-supply = <&ldo3_reg>;
        interrupt-parent = <&gpx0>;
        interrupts = <2 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;
        status = "disabled";
    };
};

然后在板级文件里启用它：

// 在 myboard.dts 中
#include "exynos4412.dtsi"
#include "exynos4412-myadc.dtsi"

&myadc {
    status = "okay";
};
注意：自定义节点的 compatible 命名一定要规范。我见过有人随便写个 "my_device"，结果跟内核里某个驱动冲突了。建议格式："厂商,设备名"，比如 "mycompany,my-adc"。这样既不会冲突，也方便别人理解。

4.4 编译设备树

写好了 .dts 文件，怎么用？得编译成 .dtb 二进制文件。命令很简单：

dtc -I dts -O dtb -o myboard.dtb myboard.dts

如果你在内核源码目录下，也可以用内核的编译系统：

make dtbs

或者只编译你那个：

make myboard.dtb

编译通过后，把 .dtb 文件放到启动分区，uboot 会把它传给内核。内核启动时，会解析这个二进制文件，构建出设备树结构，然后驱动们就可以通过 of_* 系列API去读取硬件信息了。

调试小技巧：如果设备树加载有问题，可以在内核启动参数里加 earlycon 和 dtoc 相关的调试选项。我个人习惯在 chosen 节点里加一个 bootargs 包含 earlyprintk，这样设备树解析阶段的错误就能在串口上看到了。

4.5 避坑指南

最后，分享几个我踩过的坑：

  • 地址冲突：自定义节点的 reg 地址不要跟芯片已有的外设地址重叠。我见过有人把自定义节点地址写成了0x13800000，跟UART0冲突了，结果UART0怎么都调不通。
  • 中断号错误：Exynos4412的中断控制器是GIC，中断号是SPI（共享外设中断）从32开始算。比如UART0的中断号是52，对应的是SPI 20（52-32=20）。自定义节点用中断时，一定要查清楚芯片手册。
  • 时钟依赖：有些外设需要时钟才能工作。如果你自定义的设备需要时钟，记得在节点里加上 clocks 属性，否则驱动可能无法正常工作。
  • 别忘了 status：我刚开始写设备树时，经常忘记加 status = "okay"，结果设备树解析成功了，但驱动就是 probe 不了。查了半天才发现是节点默认被禁用了。

嗯，设备树这块内容其实不少，但核心就是这些。你只要掌握了语法、理解了 .dtsi 和 .dts 的关系、会添加自定义节点，基本上就能应付大部分项目了。下一章咱们聊聊具体的驱动开发流程，到时候会用到今天讲的设备树知识。

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