一、设备树介绍

设备树（Device Tree，简称 DT）是一种在嵌入式系统中描述硬件设备的一种数据结构和编程语言。它用于将硬件设备的配置信息以树形结构的方式进行描述，以便操作系统（如 Linux）可以根据这些信息正确地识别、配置和管理硬件设备。

设备树最初被引入到 Linux 内核中，用于解决硬件平台多样性带来的问题。传统上，Linux 内核在编译时需要包含大量的硬件配置信息，这对于支持多种硬件平台的嵌入式系统来说是不实际的。设备树的引入使得硬件配置信息可以从内核中分离出来，作为一种独立的描述性数据结构进行管理，从而实现了硬件配置的可移植性和灵活性。

设备树通常以 .dts（Device Tree Source）文件的形式存在，它是一种类似于 C 语言的语法，用于描述硬件设备的属性、寄存器地址、中断等信息。.dts 文件经过编译后会生成 .dtb（Device Tree Blob）文件，它是一种二进制格式的设备树表示形式，可以被 Linux 内核加载并解析。

在 Linux 内核启动时，设备树会被加载并传递给内核，供内核使用。内核通过解析设备树可以动态地配置硬件设备，加载对应的驱动程序，并建立设备之间的关联关系。

设备树的使用使得嵌入式系统在支持多种硬件平台时更加灵活和可扩展，同时也提供了一种标准化的描述硬件设备的方式，便于硬件厂商、开发者和社区之间的协作和交流。

在这里插入图片描述
设备树描述硬件资源时有两个特点：

①树的主干就是系统总线，在设备树里面称为“根节点”。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，在设备树里称为“根节点的子节点”。

②设备树可以像头文件（.h文件）那样，一个设备树文件引用另外一个设备树文件，这样可以实现“代码”的重用。例如多个硬件平台都使用i.MX6ULL作为主控芯片，那么我们可以将i.MX6ULL芯片的硬件资源写到一个单独的设备树文件里面一般使用“.dtsi”后缀，其他设备树文件直接使用“# includexxx”引用即可。

DTS、DTC和DTB它们是文档中常见的几个缩写。

DTS 是指.dts格式的文件，是一种ASII 文本格式的设备树描述，也是我们要编写的设备树源码，一般一个.dts文件对应一个硬件平台，位于Linux源码的“/arch/arm/boot/dts”目录下。
DTC 是指编译设备树源码的工具，一般情况下我们需要手动安装这个编译工具。
DTB 是设备树源码编译生成的文件，类似于我们C语言中“.C”文件编译生成“.bin”文件。

二、设备树框架

1.设备树框架

我们可以通过路径imx6ull/bsp/kernel/linux-imx/arch/arm/boot/dts/下可以查看igkboard.dts设备树文件如下：

/dts-v1/;

#include "imx6ull.dtsi"     /*头文件*/

/*设备树根节点*/
/ {
    model = "LingYun IoT System Studio IoT Gateway Board";		/*model属性，用于指定设备的制造商和型号*/
        compatible = "fsl,imx6ull-14x14-evk", "fsl,imx6ull";	/*compatible属性，系统用来决定绑定到设备驱动的关键，用来查找节点的方法之一*/

    	/*根节点的子节点*/
        chosen {
                stdout-path = &uart1;
        };
		
    	/*根节点的子节点*/
        memory@80000000 {
                device_type = "memory";
                reg = <0x80000000 0x20000000>;
        };

    	/*根节点的子节点*/
        reserved-memory {
                #address-cells = <1>;
                #size-cells = <1>;
                ranges;
                 linux,cma {
                        compatible = "shared-dma-pool";
                        reusable;
                        size = <0xa000000>;
                        linux,cma-default;
                };
        };
    
    	/*根节点的子节点*/
    	leds {
                compatible = "gpio-leds";
                pinctrl-names = "default";
                pinctrl-0 = <&pinctrl_gpio_leds>;
                status = "okay";

                sysled {
                        lable = "sysled";
                        gpios = <&gpio4 16 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
                        linux,default-trigger = "heartbeat";
                        default-state = "off";
                };
           };
      /*-------------以下内容省略-------------*/

};

/*设备树节点追加内容*/
/*+--------------+
  | Misc Modules |
  +--------------+*/
/*而是向原有节点追加内容*/
&uart1 {
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&pinctrl_uart1>;
        status = "okay";
};

&pwm1 { /* backlight */
        #pwm-cells = <2>;
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&pinctrl_pwm1>;
        status = "okay";
};

&pwm2 {
        #pwm-cells = <2>;
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&pinctrl_pwm2>;
        status = "okay";
};

我们可见设备文件分三个部分：

头文件，设备树是可以像C语言那样使用“#include”引用“.h”后缀的头文件，也可以引用设备树“.dtsi”后缀的头文件。imx6ull.dtsi由NXP官方提供，是一个imx6ull平台“共用”的设备树文件。
设备树节点，“/ {…};”表示“根节点”，每一个设备树只有一个根节点。不同文件的根节点最终会合并为一个。在根节点内部的“chosen{…}”、memory{…}”、“reserved-memory{…}”、“leds{…}”等字符，都是根节点的子节点。
设备树节点追加内容，子节点比根节点下的子节点多了一个“&”，这表示该节点在向已经存在的子节点追加数据。本代码中的“&pwm1{…}”、“&uart1{…}”等等追加的目标节点，就是定义在“imx6ul.dtsi”中。imx6ul.dtsi头文件在/arch/arm/boot/dts/imx6ull.dtsi路径下。

设备树由一个根节点和众多子节点组成，子节点也可以继续包含其他节点，也就是子节点的子节点。设备树的组成很简单，下面我们一起来看看节点的基本格式和节点属性。

2.节点基本格式

设备树节点是一种以树形结构组织的硬件描述文件，描述了嵌入式系统中所有硬件设备的信息，包括设备的类型、地址、中断等信息。设备树节点的基本格式如下：

node-name@address {
  compatible = "compatible-string";
  reg = <address size>;
  interrupt-parent = <&parent-node>;
  interrupts = <irq1 flags1 irq2 flags2 ...>;
  // other properties
};

其中:

node-name 是节点的名称，通常与驱动程序中使用的设备名相同；
address 是设备的物理地址；
compatible-string 表示设备的兼容性信息，通常包含设备的厂商名和设备名；
reg 是设备地址的范围；
interrupt-parent 是中断控制器节点的引用，表示中断的父节点；
interrupts 是中断信息，其中 irqN 是中断号，flagsN 是中断标志，如上升沿触发等；还可以有其他的属性。
节点标签，节点名的简写，当其它位置需要引用时可以使用节点标签来向该节点中追加内容。在imx6ul.dtsi头文件中，节点名“pwm”前面多了个“pwm1”,这个“pwm1”就是我们所说的节点标签。
节点路径，通过指定从根节点到所需节点的完整路径，可以唯一地标识设备树中的节点，“不同层次的设备树节点名字可以相同，同层次的设备树节点要唯一”。类似于我们Windows上的文件，一个路径唯一标识一个文件或文件夹，不同目录下的文件文件名可以相同。
节点属性：节点的“{}”中包含的内容是节点属性，通常情况下一个节点包含多个属性信息，这些属性信息就是要传递到内核的“板级硬件描述信息”，驱动中会通过一些API函数获取这些信息。

设备树最主要的内容是编写节点的节点属性，通常情况下一个节点代表一个设备。

3.节点部分属性简介

1.compatible属性

compatible属性值由一个或多个字符串组成，有多个字符串时使用“,”分隔开。

设备树中的每一个设备的节点都要有一个compatible属性。系统通过compatible属性决定绑定哪一个设备的设备驱动，是用来查找节点的方法之一，也可以通过节点名或节点路径查找指定节点。

例如系统初始化时会初始化platform总线上的设备时，根据设备节点”compatible”属性和驱动中of_match_table对应的值加载对应的驱动。

2.model属性

model属性用于指定设备的制造商和型号。

3.status属性

状态属性用于指示设备的“操作状态”，通过status可以去禁止设备或者启用设备，默认情况下不设置status属性设备是使能的。

4.#address-cells 和 #size-cells

#size-cells和#address-cells决定了子节点的reg属性中哪些数据是“地址”，哪些数据是“长度”信息。

#address-cells，用于指定子节点reg属性“地址字段”所占的长度（单元格cells的个数）。

#size-cells，用于指定子节点reg属性“大小字段”所占的长度（单元格cells的个数）。

例如#address-cells=2，#address-cells=1，则reg内的数据含义为reg =

，每个cells是一个32位宽的数字。

5.reg属性

ret属性的书写格式为reg = < cells cells cells cells cells cells…>

reg属性描述设备资源在其父总线定义的地址空间内的地址。通常情况下用于表示一块寄存器的起始地址（偏移地址）和长度，在特定情况下也有不同的含义。

例如#address-cells = <1>，#address-cells = <1>，reg = <0x9000000 x4000>，其中0x9000000表示的是地址，0x4000表示的是地址长度，这里的reg属性指定了起始地址为0x9000000，长度为0x4000的一块地址空间。

6.ranges

该属性提供了子节点地址空间和父地址空间的映射（转换）方法，常见格式是 <子地址、父地址、地址长度>。如果父地址空间和子地址空间相同则无需转换。

比如对于#address-cells和#size-cells都为1的话，以ranges=<0x0 0x10 0x20>为例，表示将子地址的从0x0~(0x0 + 0x20)的地址空间映射到父地址的0x10~(0x10 + 0x20)。

7.name和device_type

这两个属性很少用（已经被废弃），不推荐使用。name用于指定节点名，在旧的设备树中它用于确定节点名，现在我们使用的设备树已经弃用。device_type属性也是一个很少用的属性，只用在CPU和内存的节点上。如上例中所示，device_type用在了CPU节点。

我们在设备树中添加了一个“led”节点，正常情况下我们可以从这个节点获取编写led驱动所用到的所有信息，例如led相关控制寄存器地址、 led时钟控制寄存器地址等等。

内核提供了一组函数用于从设备节点获取资源（设备节点中定义的属性）的函数，这些函数以of_开头，称为OF操作函数。

总结

本篇博客主要介绍了设备树（Device Tree）的基本概念和框架。首先，简单介绍了设备树的作用，即为系统中的硬件设备提供描述信息，帮助内核识别和驱动硬件设备。其次，详细介绍了设备树的基本框架，包括节点标签、节点路径和节点属性。其中，节点标签用于表示设备节点的类型和名称，节点路径用于表示设备节点在设备树中的位置，节点属性用于描述设备节点的各种属性信息。最后，针对节点属性，本篇博客简单介绍了一些常见的属性类型和属性值。

总体而言，本篇博客为读者提供了一个基础的设备树入门指南，使读者能够了解设备树的基本概念和框架。读者可在此基础上进一步深入学习设备树，并在实际开发中应用设备树技术。