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【Linux驱动开发】Linux设备树详解

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曾高飞
发布2025-06-02 19:58:21
发布2025-06-02 19:58:21
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一、设备树基础

1、概念

 2、文件格式

3、编译工具

二、DTS语法

1、.dtsi 头文件

2、 设备节点

3、标准属性

4、compatible 属性详解

5、修改设备树文件,增加或修改节点 

三、设备树在系统中的体现

四、Linux 内核解析 DTB 文件流程

五、绑定信息文档

六、设备树常用 OF 操作函数

(1)查找节点的 OF 函数

(2)查找父/子节点的 OF 函数

(3)提取属性值的 OF 函数

(4)其他常用的 OF 函数


一、设备树基础

1、概念

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。如图所示。

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。

 2、文件格式

DTS(.dts)

设备树源文件(描述板级信息:开发板上有哪些 IIC 设备、SPI 设备等)

DTB(.dtb)

设备树编译文件

.dtsi

设备树头文件(描述SOC级信息:CPU 架构、主频、外设寄存器地址范围等)

设备树相关文件均在 arch/arm/boot/dts/ 文件夹,如图:

3、编译工具

DTC

将.dts 编译为.dtb

DTC 工具源码在 Linux 内核的 scripts/dtc 目录下。

DTC 工具依赖于 dtc.c、flattree.c、fstree.c 等文件,最终编译并链接出 DTC 这个主机文件。

在 arch/arm/boot/dts/Makefile 中新增需要编译的DTS文件。

如果要编译 DTS 文件的话只需要进入到 Linux 源码根目录下,然后执行如下命令:

make all

编译 Linux 源码中的所有东西,包括 zImage,.ko 驱动模块以及设备树

make dtbs

仅编译设备树

二、DTS语法

1、.dtsi 头文件

在 .dts 设备树文件中,可以通过“#include ”来引用 .h 、 .dtsi 和 .dts 文件。

.dtsi 文件用于描述 SOC 的内部外设信息,比如 CPU 架构、主频、外设寄存器地址范围,比如 UART 、 IIC 等等。

2、 设备节点

设备树是采用树形结构来描述板子上的设备信息的文件,每个设备都是一个节点,叫做设备节点,每个节点都通过一些属性信息来描述节点信息,属性就是 键值对。每个节点都有不同属性,不同的属性又有不同的内容,属性都是键值对,值可以为空或任意的字节流。

imx6ull.dtsi 文件节选设备树文件内容:

代码语言:javascript
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/ {     aliases {         can0 = &flexcan1;     };     cpus {         #address-cells = <1>;        #size-cells = <0>;         cpu0: cpu@0 {        compatible = "arm,cortex-a7";        device_type = "cpu";        reg = <0>;        };    };     intc: interrupt-controller@00a01000 {        compatible = "arm,cortex-a7-gic";        #interrupt-cells = <3>;        interrupt-controller;        reg = <0x00a01000 0x1000>,        <0x00a02000 0x100>;    };}AI写代码

“/”是根节点,每个设备树文件只有一个根节点。

(1)设备树中节点命名格式

节点标签:节点名@设备的地址或寄存器首地址

代码语言:javascript
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label: node-name@unit-address AI写代码

例如:cpu0:cpu@0

(2)设备树源码中常用的几种数据形式如下所示:

①字符串 compatible ="arm,cortex-a7"; 上述代码设置 compatible 属性的值为字符串“arm,cortex-a7”。 ②32 位无符号整数 reg =<0>; 上述代码设置 reg 属性的值为 0,reg 的值也可以设置为一组值,比如: reg =<0 0x123456 100>; ③字符串列表 属性值也可以为字符串列表,字符串和字符串之间采用“,”隔开,如下所示: compatible ="fsl,imx6ull-gpmi-nand", "fsl, imx6ul-gpmi-nand"; 上述代码设置属性 compatible 的值为“fsl,imx6ull-gpmi-nand”和“fsl, imx6ul-gpmi-nand”。

3、标准属性

节点是由一堆的属性组成,节点都是具体的设备,不同的设备需要的属性不同,用户可以自定义属性。除了用户自定义属性,有很多属性是标准属性,Linux 下的很多外设驱动都会使用这些标准属性。

compatible 属性

compatible 属性也叫做“兼容性”属性。 用于将设备和驱动绑定起来。值是一个字符串列表,用于选择设备所要使用的驱动程序。

model 属性

值是字符串,一般描述设备模块信息,例如名字。

status 属性

值是字符串,设备的状态信息。

#address - cells #size - cells 属性

值是无符号 32 位整形。可以用在任何拥有子节点的设备中,用于描述子节点的地址信息。#address-cells 属性值决定了子节点 reg 属性中地址信息所占用的字长(32 位 ),#size-cells 属性值决定了子节点 reg 属性中长度信息所占的 字长 (32 位 )。

reg 属性

值一般是(address,length)对。用于描述设备地址空间资源信息,一般都是某个外设的寄存器地址范围信息

ranges 属性

ranges 是一个地址映射/ 转换表, ranges 属性每个项目由子地址、父地址和地址空间长度 这三部分组成。如果 ranges 属性值为空值,说明子地址空间和父地址空间完全相同,不需要进行地址转换。

name 属性

值是字符串,name 属性用于记录节点名字。 name 属性已经被弃用,不推荐使用 name 属性,一些老的设备树文件可能会使用此属性。

device_type 属性

值是字符串,IEEE 1275 会用到此属性,用于描述设备的 FCode ,但是设 备树没有 FCode ,所以此属性也被抛弃了。此属性只能用于 cpu 节点或者 memory 节点。

4、compatible 属性详解

(1)根节点“/”也有 compatible 属性。

imx6ull-iot-emmc.dts 文件中根节点的 compatible 属性如图:

(2)arch/arm/mach-imx/mach-imx6ul.c 文件最后有设备兼容属性:

代码语言:javascript
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static const char *imx6ul_dt_compat[] __initconst = {	"fsl,imx6ul",	"fsl,imx6ull",	NULL,}; DT_MACHINE_START(IMX6UL, "Freescale i.MX6 Ultralite (Device Tree)")	.map_io		= imx6ul_map_io,	.init_irq	= imx6ul_init_irq,	.init_machine	= imx6ul_init_machine,	.init_late	= imx6ul_init_late,	.dt_compat	= imx6ul_dt_compat,MACHINE_ENDAI写代码

设备 ( 板子 ) 根节点“ / ”的 compatible 属性值与 imx6ul_dt_compat 表中的任何一个值相等,那么就表示 Linux 内核支持此设备。

例如:imx6ull-iot-emmc.dts 文件根节点的 compatible 属性值如下:

代码语言:javascript
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compatible = "fsl,imx6ull-14x14-evk", "fsl,imx6ull";AI写代码

有匹配的节点属性“fsl,imx6ull”,则Linux内核支持此设备,可正常启动。

如果匹配不到对应属性,Linux 内核找不到对应的设备,则无法启动。在 uboot 输出就卡在 Starting kernel…

(3)Linux 内核通过根节点 compatible 属性找到对应的设备的函数调用过程:

5、修改设备树文件,增加或修改节点 

例如 arch/arm/boot/dts/imx6ull-iot-emmc.dts 文件i2c1节点:

代码语言:javascript
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&i2c1 {	clock-frequency = <100000>;	pinctrl-names = "default";	pinctrl-0 = <&pinctrl_i2c1>;	status = "okay"; 	mag3110@0e {		compatible = "fsl,mag3110";		reg = <0x0e>;		position = <2>;	}; 	fxls8471@1e {		compatible = "fsl,fxls8471";		reg = <0x1e>;		position = <0>;		interrupt-parent = <&gpio5>;		interrupts = <0 8>;	};};AI写代码
  • &i2c1 表示要访问 i2c1 这个 label 所对应的节点。
  • “clock-frequency”为新添加的属性,表示 i2c1 时钟为 100KHz。
  • 将 status 属性的值由原来的 disabled 改为 okay。
  • i2c1 子节点 mag3110,NXP 官方开发板在 I2C1 上接了一个磁力计芯片 mag3110。
  • i2c1 子节点 fxls8471,NXP 官方开发板在 I2C1 上接了 fxls8471六轴芯片。

三、设备树在系统中的体现

Linux 内核启动的时候会解析设备树中各个节点的信息,并且在根文件系统的 /proc/device-tree 目录下根据节点名字创建不同文件夹

/proc/device-tree 目录就是设备树在根文件系统中的体现。

(1)输入以下命令,会进入/sys/firmware/devicetree/base : 

代码语言:javascript
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cd proc/device-tree/AI写代码

如图,为根节点“/”的所有属性和子节点: 

根节点的属性

#address-cells、#size-cells、compatible、model、name

根节点的子节点

aliases、 backlight 、 chosen 、 clocks...

(2)cat 命令来查看 model 和 compatible 这两个文件的内容:

(3)查看soc节点

soc 节点的所有子节点:

(4) 特殊节点

  • aliases 子节点:主要功能就是定义别名,定义别名的目的就是为了方便访问节点。
  • chosen 子节点:主要是为了 uboot 向 Linux 内核传递数据,重点是 bootargs 参数。

进入  /proc/device-tree/chosen 目录查看:

bootargs 环境变量的值是在uboot 中设置的,而 uboot 中的 fdt_chosen 函数在设备树的 chosen 节点中加入了 bootargs 属性,并且还设置了 bootargs 属性值。

代码语言:javascript
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bootz 80800000 – 83000000AI写代码

输入以上命令并执行以后,do_bootz 函数就会执行 。

调用关系如下:

四、Linux 内核解析 DTB 文件流程

Linux 内核在启动的时候会解析 DTB 文件,然后在/proc/device-tree 目录下生成相应的设备树节点文件。

解析流程如下:

五、绑定信息文档

Linux 内核源码中有详细的 .txt 文档描述了如何添加节点,这些 .txt 文档叫做绑定文档。

路径在Linux 源码目录: /Documentation/devicetree/bindings

六、设备树常用 OF 操作函数

Linux 内核给我们提供了一系列函数来获取设备树中的节点或者属性信息,这一系列函数都有统一的前缀“of_ ”,也叫做 OF 函数。

OF 函数原型都定义在 include/linux/of.h 文件。

(1)查找节点的 OF 函数

设备都是以节点的形式“挂”到设备树上的,因此要想获取这个设备的其他属性信息,必须先获取到这个设备的节点。Linux 内核使用 device_node 结构体来描述一个节点,此结构体定义在文件 include/linux/of.h 中。

通过节点名字查找指定的节点

struct device_node * of_find_node_by_name (struct device_node *from, const char *name)from :开始查找的节点,如果为 NULL 表示从根节点开始查找整个设备树。name :要查找的节点名字。返回值 :找到的节点,如果为 NULL 表示查找失败。

通过 device_type 属性查找指定的节点

struct device_node * of_find_node_by_type (struct device_node *from, const char *type)from :开始查找的节点,如果为 NULL 表示从根节点开始查找整个设备树。type :要查找的节点对应的 type 字符串,也就是 device_type 属性值。返回值 :找到的节点,如果为 NULL 表示查找失败。

根据 device_type 和 compatible 两个属性查找指定的节点

struct device_node * of_find_compatible_node (struct device_node *from,const char *type, const char *compatible)from :开始查找的节点,如果为 NULL 表示从根节点开始查找整个设备树。type :要查找的节点对应的 device_type 属性值,可以为 NULL ,表示忽略 device_type 属性。compatible : 要查找的节点所对应的 compatible 属性列表。返回值 :找到的节点,如果为 NULL 表示查找失败

通过 of_device_id 匹配表查找指定的节点

struct device_node * of_find_matching_node_and_match (struct device_node *from,const struct of_device_id *matches, const struct of_device_id **match)from :开始查找的节点,如果为 NULL 表示从根节点开始查找整个设备树。matches : of_device_id 匹配表,也就是在此匹配表里面查找节点。match : 找到的匹配的 of_device_id。返回值 :找到的节点,如果为 NULL 表示查找失败

通过路径来查找指定的节点

inline struct device_node * of_find_node_by_path (const char *path)path :全路径的节点名,可以使用节点的别名,比如“ /backlight ”就是 backlight 这个节点的全路径。返回值 :找到的节点,如果为 NULL 表示查找失败

(2)查找父/子节点的 OF 函数

用于获取指定节点的父节点

struct device_node * of_get_parent (const struct device_node *node)node :要查找的父节点的节点。返回值 :找到的父节点。

用迭代的查找子节点

struct device_node * of_get_next_child (const struct device_node *node,struct device_node *prev)node :父节点。prev :前一个子节点,从此开始迭代的查找下一个子节点。NULL,表示从第一个子节点开始。返回值 :找到的下一个子节点。

(3)提取属性值的 OF 函数

用于查找指定的属性

property * of_find_property (const struct device_node *np, const char *name, int *lenp)np :设备节点;name : 属性名字;lenp :属性值的字节数;返回值:找到的属性。

用于获取属性中元素的数量(获取到属性数组的大小)

int of_property_count_elems_of_size (const struct device_node *np, const char *propname,int elem_size)np :设备节点;proname: 属性名;elem_size:元素长度;返回值 :得到的属性元素数量。

用于从属性中获取指定标号的 u32 类型数据值

int of_property_read_u32_index (const struct device_node *np, const char *propname, u32 index, u32 *out_value)np :设备节点。proname : 要读取的属性名字。index :要读取的值标号。out_value :读取到的值返回值 :0 读取成功,负值,读取失败, -EINVAL 表示属性不存在, -ENODATA 表示没有要读取的数据,-EOVERFLOW 表示属性值列表太小。

读取属性中 u8 、 u16 、 u32 和 u64 类型的数组数据

int of_property_read_u8_array (const struct device_node *np, const char *propname, u8 *out_values, size_t sz)of_property_read_u16_arrayof_property_read_u32_arrayof_property_read_u64_arraynp :设备节点。proname : 要读取的属性名字。out_value :读取到的数组值,分别为 u8 、 u16 、 u32 和 u64。sz :要读取的数组元素数量。

用于读取这种只有一个整形值的属性

int of_property_read_u8(const struct device_node *np, const char *propname, u8 *out_value)of_property_read_u16of_property_read_u32of_property_read_u64np :设备节点。proname : 要读取的属性名字。out_value :读取到的数组值。返回值 :0 :读取成功,负值:读取失败, -EINVAL :属性不存在, -ENODATA:没有要读取的数据,-EOVERFLOW:属性值列表太小。

用于读取属性中字符串值

int of_property_read_string(struct device_node *np, const char *propname,const char **out_string)np :设备节点。proname : 要读取的属性名字。out_string :读取到的字符串值。返回值 :0:读取成功,负值:读取失败。

用于获取 #address-cells 属性值

int of_n_addr_cells(struct device_node *np)np :设备节点。返回值 :获取到的 #address-cells 属性值。

用于获取 #size-cells 属性值

int of_n_size_cells (struct device_node *np)np :设备节点。返回值 :获取到的 #size-cells 属性值。

(4)其他常用的 OF 函数

用于查看节点的 compatible 属性是否有包含 compat 指定的字符串,也就是检查设备节点的兼容性

int of_device_is_compatible (const struct device_node *device, const char *compat)device :设备节点。compat :要查看的字符串。返回值 :0 :节点的 compatible 属性中不包含 compat 指定的字符串;正数:节点的 compatible 属性中包含 compat 指定的字符串。

用于获取地址相关属性,主要是“ reg ”或者“assigned-addresses”属性值

const __be32 * of_get_address (struct device_node *dev, int index, u64 *size, unsigned int *flags)dev :设备节点。index :要读取的地址标号。size :地址长度。flags :参数,比如 IORESOURCE_IO 、 IORESOURCE_MEM 等返回值 :读取到的地址数据首地址,为 NULL 的话表示读取失败。

将从设备树读取到的地址转换为物理地址

u64 of_translate_address (struct device_node *dev, const __be32 *in_addr)dev :设备节点。in_addr :要转换的地址。返回值 :得到的物理地址,如果为 OF_BAD_ADDR 的话表示转换失败。

从设备树里面提取资源值,将 reg 属性值转换为 resource 结构体类型

int of_address_to_resource(struct device_node *dev, int index, struct resource *r)dev :设备节点。index :地址资源标号。r :得到的 resource 类型的资源值。返回值 :0,成功;负值,失败。

将 reg 属性中地址信息转换为虚拟地址

void __iomem * of_iomap (struct device_node *np, int index)np :设备节点。index : reg 属性中要完成内存映射的段,如果 reg 属性只有一段的话 index 就设置为 0。返回值 :经过内存映射后的虚拟内存首地址,如果为 NULL 的话表示内存映射失败。

原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。

如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。

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