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嵌入式学习linux内核驱动6——dts和GPIO子系统

news 2025/10/11 7:18:03

一、驱动开发基础

MSC驱动模板

新的MSC驱动模板相比之前更加简洁，仅保留核心部分。
模板中已由系统完成class创建等初始化工作，开发者无需重复实现。
class代表设备类型，在MSC初始化时已被创建，后续设备均属于该class。

动态编译与静态编译

动态编译允许内核启动后动态加载或卸载模块，便于调试，避免每次修改代码都需重启内核。
静态编译则将驱动直接编入内核镜像，适用于最终产品发布。
开发流程通常为：先动态编译进行调试，完成后转为静态编译集成到内核。
当驱动导致内核崩溃时，仍需重启系统恢复。

ioctl接口机制

ioctl用于实现用户空间对设备的控制命令传递，功能强大且灵活。
命令由多个字段组合而成，包括type、number、direction和size。
使用宏（如_IOR、IOWR）来构造命令值，其中IOWR表示同时读写数据的操作较少见。

驱动开发：

内核驱动开发结束后即为

应用端开发：

二、设备与驱动分离架构

platform总线设计思想

platform总线用于管理没有物理总线对应的片上外设资源。
设备与驱动分离可实现一对多或多对多匹配，减少重复代码。
同一类设备共享同一套驱动方法，只需定义不同的资源信息即可。
类比圆珠笔写字，不同颜色的笔不需要重新学习书写方式。

资源描述冗余问题

传统方式将设备资源配置硬编码在C文件中，导致内核体积膨胀。
不同开发板即使使用相同芯片也需维护各自的device.c文件，造成大量冗余。
官方内核需支持众多开发板，因此包含大量未使用的设备描述代码。

三、设备树（Device Tree）机制

引入背景与优势

为解决设备资源配置冗余问题，引入设备树机制，将硬件描述从内核代码中剥离。
设备树由Linus Torvalds推动发展，采用独立的DTS文件描述硬件资源。（以开发板为单位）
内核启动时加载DTB文件解析硬件信息，实现“一次编译，多平台运行”。

文件格式与结构

DTS：设备树源文件，文本格式，可读性强。
DTSI：头文件形式的设备树片段，用于共享公共定义。
DTB：DTS经DTC工具编译后的二进制文件，供内核加载使用。
设备树呈树状结构，根节点为"/"，每个大括号代表一个节点或子节点。
节点包含属性（property），采用键值对形式描述特征，类似JSON格式。

设备树：描述硬件资源 --- 以开发板为单位
.dts 描述板级资源的设备树文件(一般一个开发板对应一个文件)
.dtsi 描述SOC级的设备树文件(类似于.c对应的.h文件)
.h C语言的头文件 --- 设备树编译支持预处理C文件
.dtb 最终编译完成后生成的可加载的设备树文件
(类似与a.out)

SOC级与板级描述

DTSI文件描述SOC级资源，如CPU、PWM、I2C控制器等芯片固有组件。
DTS文件描述板级外设，如LED、传感器、LCD背光等具体连接信息。
开发板DTS文件通过include引用对应SOC的DTSI文件，实现信息复用。

四、设备树实践操作

自定义设备树文件创建

复制现有开发板DTS文件作为新板型的基础模板。
修改文件名以区分不同开发板，例如从imx6ull.dts改为pute.dts。
需在Makefile中添加新DTS文件对应的DTB生成规则。

新加自己的设备树文件：

cp arch/arm/boot/dts/imx6ull-alientek-emmc.dts

arch/arm/boot/dts/pute.dts

修改arch/arm/boot/dts/Makefile 新增一行:

pute.dtb(加到对应的SOC下)

make dtbs 编译所有的设备树文件

make pute.dtb 只编译pute.dts

cp arch/arm/boot/dts/pute.dtb /home/linux/tftpboot/

编译与部署流程

修改arch/arm/boot/dts/Makefile，加入新设备树目标。
执行make dtbs编译所有设备树文件，或指定目标单独编译。
使用TFTP将生成的DTB文件下载至内存并启动测试。
启动成功表明设备树基本结构无误，可在其基础上进一步修改适配。

五、开发流程规范

移植与验证原则

在移植任何驱动或系统组件时，应首先确保原始版本能正常编译运行。
验证基础功能无误后再进行定制化修改，便于问题定位。
启动命令参数实为三个地址：kernel镜像地址、DTB地址和unused参数地址。

六、设备树（DTS）语法与结构

节点与属性定义

DTS文件由节点（node）和属性组成，节点可嵌套形成树状结构。
属性以键值对形式存在，每行以分号结尾。
节点可包含子节点（sub-node），形成层级关系。

属性合并与覆盖规则

当多个相同名称的节点存在时，其属性会进行合并。
若属性名重复，后定义的值会覆盖先定义的值，遵循“后写覆盖先写”原则。
此机制类似于变量赋值，支持部分重写或完全重写。

通用与自定义属性

通用属性（如reg、compatible、status）需遵循标准命名规范。
自定义属性可自行命名，适用于特定场景且无标准定义的情况。
建议使用语义清晰的名称以提高代码可读性。

地址与大小描述

reg属性用于描述寄存器地址和大小，格式为。

	ptled{#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;compatible = "ptled0";name1 = "led1";status = "okay";reg = <0x020E0068 0x40X020E02F4 0x4 0X0209C004 0x4 0x0209C000 0x4>;	};