RK3568 设备树基础语法讲解

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一、什么是设备树（Device Tree）

设备树（Device Tree, DT） 是一种用于描述 硬件 的数据结构，主要用于 ARM、PowerPC 及其他嵌入式系统中，以 独立于内核代码 的方式提供硬件信息。它的作用是让内核在启动时能够动态解析硬件配置，而无需对内核代码进行修改。

在 ARM 体系中，设备树广泛用于 Linux 内核、Bootloader（如 U-Boot），它解决了传统的“板级文件”模式（即在内核中硬编码硬件信息）的问题，使得同一份内核可以适用于不同的硬件平台。

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二、设备树基础语法

设备树的源文件采用 DTS（Device Tree Source） 语法，类似于 C 语言结构体，主要包括 节点（node） 和 属性（property）。

1. 设备树基本结构

/ {
    compatible = "myboard,example";  // 兼容性信息，通常用于匹配驱动

    cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;

        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a53";
            reg = <0>;
        };
    };

    memory {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x20000000>;  // 表示内存起始地址和大小
    };

    soc {
        uart@10000000 {  // 串口
            compatible = "ns16550";
            reg = <0x10000000 0x100>;
            clock-frequency = <24000000>;
        };

        gpio@20000000 {  // GPIO
            compatible = "myvendor,gpio";
            reg = <0x20000000 0x1000>;
            interrupts = <5 1>;  // 中断号及触发方式
        };
    };
};

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2. 语法解析

• 节点（node）

  • 以 {} 包围，表示设备或总线，通常带有地址，如 cpu@0、uart@10000000。
  • soc 是一个 SoC 设备的总线节点，里面包含 UART、GPIO 等子节点。

• 属性（property）

  • 以 key = value; 形式出现，例如 compatible = "ns16550";。
  • reg = <地址 大小>; 表示设备的寄存器地址和大小。

• 特殊属性

  • compatible：用于驱动匹配，表示设备支持的驱动类型。
  • reg：表示设备的寄存器基地址和大小。
  • interrupts：中断信息。

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三、dtb 文件、dtsi 文件、dts 文件的区别

文件类型	作用	说明
.dts	设备树源文件	描述特定硬件的设备信息，最终转换为 .dtb
.dtsi	设备树包含文件	供多个 .dts 复用，类似 C 语言 #include
.dtb	设备树二进制文件	.dts 编译后生成的二进制文件，供内核加载

1. DTS 文件（设备树源文件）

DTS 是设备树的主要源文件，定义特定开发板的硬件信息，最终需要被编译为 dtb 才能被 Linux 内核识别。

示例（myboard.dts）

#include "common.dtsi"  // 引入 dtsi 文件

/ {
    model = "My Custom Board";
    compatible = "myvendor,myboard";

    memory {
        reg = <0x80000000 0x40000000>;  // 1GB 内存
    };
};

2. DTSI 文件（设备树包含文件）

DTSI（Device Tree Source Include）文件是设备树的“公共部分”，通常用于存放通用硬件配置，多个 DTS 文件可以引用它，类似 C 语言中的 #include。

示例（common.dtsi）

/soc {
    uart@10000000 {
        compatible = "ns16550";
        reg = <0x10000000 0x100>;
        clock-frequency = <24000000>;
    };
};

这里的 common.dtsi 可以被多个不同的开发板 .dts 复用。

3. DTB 文件（设备树二进制文件）

DTB（Device Tree Blob）是 DTS 文件经过编译后生成的二进制文件，Linux 内核或 Bootloader 直接加载这个文件，而不是解析 DTS 源文件。

DTS 编译生成 DTB

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

dtc（Device Tree Compiler）是设备树编译工具，能将 .dts 编译成 .dtb，也能反编译 .dtb 为 .dts。

DTB 反编译回 DTS

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

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总结：

• .dts：设备树源文件，定义具体开发板的硬件信息。
• .dtsi：设备树包含文件，用于公共配置，被多个 .dts 复用。
• .dtb：设备树二进制文件，Linux 内核或 Bootloader 直接使用的文件，由 .dts 编译而成。

设备树的引入使得 Linux 内核适配不同硬件变得更简单，无需修改内核代码，只需修改设备树即可支持新的硬件平台。

四、/proc/device-tree目录

/proc/device-tree 目录解析

在 Linux 内核 中，/proc/device-tree 是 设备树（Device Tree） 在系统中的一个虚拟文件系统（procfs），它提供了一个内核解析设备树后的视图，允许用户直接查看设备树信息，而无需解析 dtb 文件。

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1. 设备树如何加载到 /proc/device-tree

设备树（DT, Device Tree）在系统启动时由 Bootloader（如 U-Boot） 加载，并传递给 Linux 内核，内核解析设备树 dtb 文件，并在 /proc/device-tree 下以目录树的方式映射出来，方便用户查看。

示例：

ls /proc/device-tree

可能输出：

#address-cells
#size-cells
model
compatible
memory
cpus
soc

这些文件和目录对应于 DTS（设备树源文件） 中的节点和属性。

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2. /proc/device-tree 目录结构解析

设备树是层级化的结构，/proc/device-tree 也是如此，通常包含如下关键子目录：

(1) 根目录 /proc/device-tree/

文件 / 目录	作用
model	存放设备的型号，如 Raspberry Pi 4 Model B
compatible	硬件的兼容性信息，通常用于驱动匹配
memory	设备的内存信息
cpus/	CPU 信息，包含各个 CPU 核心的详细参数
soc/	片上系统（SoC）信息，包含串口、GPIO 等外设

示例：

cat /proc/device-tree/model

输出：

Raspberry Pi 4 Model B

这表明该设备是 树莓派 4B。

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(2) CPU 相关信息 /proc/device-tree/cpus/

ls /proc/device-tree/cpus/

可能输出：

#address-cells
#size-cells
cpu@0
cpu@1
cpu@2
cpu@3

每个 cpu@X 目录表示一个 CPU 核心。

查看某个 CPU 的信息：

cat /proc/device-tree/cpus/cpu@0/compatible

可能输出：

arm,cortex-a72

这表明 CPU 是 Cortex-A72 架构。

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(3) 内存信息 /proc/device-tree/memory/

ls /proc/device-tree/memory/

可能输出：

device_type
reg

查看 reg（表示内存基地址和大小）：

xxd /proc/device-tree/memory/reg

可能输出：

00000000: 00 00 00 00 08 00 00 00 00 40 00 00 00 00 00 00

这里：

• 0x80000000 表示内存起始地址。
• 0x40000000 表示内存大小（1GB）。

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(4) 片上系统（SoC）信息 /proc/device-tree/soc/

ls /proc/device-tree/soc/

可能输出：

gpio@3f200000
uart@3f215000

• gpio@3f200000：表示 GPIO 控制器，地址 0x3F200000。
• uart@3f215000：表示串口设备，地址 0x3F215000。

查看串口信息：

cat /proc/device-tree/soc/uart@3f215000/compatible

可能输出：

brcm,bcm2835-uart

表明串口是 Broadcom BCM2835 UART。

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3. /proc/device-tree 与 dtb 设备树二进制文件的关系

/proc/device-tree 的内容是从 dtb 设备树二进制文件解析出来的，可以通过 dtc（设备树编译器）导出原始 DTS 设备树：

将 /proc/device-tree 转换回 DTS：

dtc -I fs -O dts -o extracted.dts /proc/device-tree

这样就可以获取系统当前使用的设备树。

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4. 设备树在驱动中的应用

在 Linux 设备驱动开发中，驱动程序通常会通过 /proc/device-tree 解析设备信息，加载相应的驱动。

示例：在驱动中读取 compatible 属性

struct device_node *np;
np = of_find_node_by_path("/soc/uart@3f215000");
if (np) {
    const char *compat;
    if (of_property_read_string(np, "compatible", &compat) == 0) {
        printk("UART Compatible: %s\n", compat);
    }
}

• of_find_node_by_path()：根据路径查找设备树节点。
• of_property_read_string()：读取 compatible 属性，用于驱动匹配。

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5. 总结

• /proc/device-tree 是 Linux 内核解析 设备树（DTB） 后的视图。
• 目录结构与 DTS 设备树源码类似，允许用户直接访问设备信息。
• 通过 /proc/device-tree 可以查询 CPU、内存、GPIO、串口等硬件信息，有助于调试嵌入式设备。
• 可以使用 dtc 反编译 /proc/device-tree 为 DTS 设备树源码，便于分析系统当前加载的设备树配置。

设备树极大地简化了 Linux 内核对不同硬件的适配，/proc/device-tree 使开发者可以轻松获取设备信息，无需深入 Linux 内核代码。