Linux驱动层学习：Linux 设备树

设备树是一种数据结构，包含多个节点，用于描述硬件设备及其配置信息，它通常用于嵌入式系统中，尤其是在Linux操作系统中，帮助操作系统识别和管理硬件资源，设备树不是代码，而是一种用数据描述硬件信息的方式

设备树通常是以一种树形结构来表示硬件各个部分的层次关系

设备树(Device Tree)，将这个词分开就是“设备”和“树”，描述设备树的文件叫做 DTS(Device Tree Source)，这个 DTS 文件采用树形结构描述板级设备，也就是开发板上的设备信息，比如CPU 数量、内存基地址、IIC 接口上接了哪些设备、SPI 接口上接了哪些设备等等
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树的主干就是系统总线，IIC 控制器、GPIO 控制器、SPI 控制器等都是接
到系统主线上的分支。IIC 控制器有分为 IIC1 和 IIC2 两种，其中 IIC1 上接了 FT5206 和 AT24C02这两个 IIC 设备，IIC2 上只接了 MPU6050 这个设备。DTS 文件的主要功能就是按图所示的结构来描述板子上的设备信息，DTS 文件描述设备信息是有相应的语法规则要求的

设备树的结构：
设备树的结构采用类似树形结构，包含多个节点，每个节点代表一个硬件设备或设备的某些特性。每个节点可以包含一些属性，描述该设备的详细信息。
例如:
节点:代表硬件设备，比如CPU、内存、串口、存储、网络接口等。
属性:描述该设备的特性或配置信息，如设备的地址、类型、IRQ(中断请求)、驱动程序等。

设备树的语法：
设备树通常使用一种简洁的描述语言(Device Tree Source，简称DTS)来表示。DTS文件是纯文本文件，后缀通常为.dts，它们被编译成二进制的设备树二进制格式(Device Tree Blob，简称DTB)，该二进制文件会被操作系统加载和使用。
简单的设备树示例:
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为什么要有设备树？

1、硬件和内核解耦
以前，硬件信息（比如CPU型号、内存地址、外设位置）直接写在内核代码里。换一块硬件板子，就得重新改内核、重新编译。设备树把硬件信息抽离出来，变成一个单独的文件（.dts），内核只需读取这个文件就能适配不同硬件。

2、支持多种硬件平台
比如树莓派3和树莓派4的硬件不同，但可以用同一个内核+不同的设备树文件启动，内核无需为每块板子单独写代码。

3、方便维护
厂商更新硬件时，只需修改设备树文件（描述硬件），不用动内核代码（驱动逻辑）。

设备树的作用
1、告诉内核硬件在哪里
比如：“CPU是四核的”、“内存从地址0x80000000开始”、“I2C控制器在地址0x40005000，连着触摸屏和温度传感器”。

2、描述硬件之间的关系
比如：“USB控制器挂载在PCI总线的第3个插槽”、“GPIO引脚12连接了LED灯”。

3、配置硬件参数
比如：“屏幕分辨率是1920x1080”、“以太网MAC地址是00:11:22:33:44:55”。

假设嵌入式板子上有一个LED灯，连接在GPIO的第5个引脚，没有设备树时，需要在驱动代码里硬编码gpio5，换到gpio6就得改代码、重新编译内核；
有设备树时，设备树文件里写gpios = <&gpio 5 0>; 驱动代码只需读取设备树中的gpios属性，自动适配到gpio5。换引脚时只需改设备树，内核代码不用动

设备树就像硬件的“身份证”+“说明书”，让内核能动态识别硬件，而不是把硬件信息写死在内核里。它的核心作用：解耦硬件配置和内核代码，让Linux能灵活适配不同硬件

示例代码  alphaled 节点 alphaled { #address-cells = <1>; #size-cells = <1>; compatible = "atkalpha-led"; status = "okay"; reg = < 0X020C406C 0X04 /* CCM_CCGR1_BASE */ 0X020E0068 0X04 /* SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE */ 0X020E02F4 0X04 /* SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE */ 0X0209C000 0X04 /* GPIO1_DR_BASE */ 0X0209C004 0X04 >; /* GPIO1_GDIR_BASE */ };

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这个节点描述的是一个LED灯的硬件控制信息
它需要告诉内核：“LED灯的位置在哪里？如何配置硬件寄存器才能控制它亮灭？” 就像给内核一张 “LED操作手册” ，说明控制这个LED需要操作哪些寄存器（开关）。

#address-cells = <1>; 
#size-cells = <1>;
作用：指定“地址”和“长度”用几个数字表示（单位是32位，即4字节）。
这里都用1个数字。类比：假设你要描述一本书的位置：地址 = 书架编号（1个数字）长度 = 占用的格子数（1个数字）为何重要：后续的 reg 属性依赖这两个值来解析地址和长度。

compatible = "atkalpha-led"; 
作用：匹配内核中的驱动程序！内核会寻找支持 "atkalpha-led" 
的驱动来操作这个设备。类比：告诉内核：“这个LED要用说明书编号为‘atkalpha-led’的驱动来操作”。关键点：驱动代码里必须有对应的兼容性标识，否则设备无法被识别！

status = "okay"; 
作用：启用这个设备。如果设为 "disabled"，内核会忽略它。类比：给设备通电（okay）或断电（disabled）。

reg = < 0X020C406C 0X04   // CCM_CCGR1（时钟控制寄存器）0X020E0068 0X04   // SW_MUX_GPIO1_IO03（引脚复用控制）0X020E02F4 0X04   // SW_PAD_GPIO1_IO03（引脚电气属性配置）0X0209C000 0X04   // GPIO1_DR（GPIO数据寄存器）0X0209C004 0X04   // GPIO1_GDIR（GPIO方向寄存器）
>;
作用：列出控制这个LED所需的所有寄存器地址和长度（单位：字节）。逐项解释：CCM_CCGR1 (0X020C406C)
控制时钟的开关。LED所在的GPIO模块需要时钟才能工作，类似“总电源开关”。SW_MUX_GPIO1_IO03 (0X020E0068)
配置引脚功能。比如将某个引脚设置为“GPIO模式”而非其他功能（如UART）。SW_PAD_GPIO1_IO03 (0X020E02F4)
配置引脚的电气属性，如上拉/下拉电阻、驱动强度等。GPIO1_DR (0X0209C000)
GPIO数据寄存器。写0或1控制引脚输出电平（低电平亮/灭，高电平反之）。GPIO1_GDIR (0X0209C004)
GPIO方向寄存器。设置引脚为输入（0）或输出（1），这里需设为输出模式。类比：你要控制一台电视，需要知道：电源开关位置（CCM_CCGR1）遥控器配对方式（SW_MUX）音量默认设置（SW_PAD）换台按钮（GPIO_DR）按钮功能分配（GPIO_GDIR）为什么需要这么多寄存器？
硬件控制是精细活：
在嵌入式系统中，控制一个LED可能需要多个步骤：开时钟：GPIO模块需要时钟信号才能工作。配引脚功能：确保这个引脚被用作GPIO，而不是其他功能（比如串口）。配电气属性：避免信号干扰，确保稳定。设GPIO方向：输出模式才能控制电平。写数据寄存器：输出高/低电平控制LED亮灭。