嵌入式 Linux 设备树 (DTS) 全面解析

在 ARM Linux 3.x 内核之前，描述硬件信息（如 I2C 总线上挂了什么设备，GPIO 是哪根）通常是在 C 代码文件（arch/arm/mach-xxx/board-xxx.c）中写死的。这导致 Linus Torvalds 大发雷霆：“This is the whole ARM thing. It’s a f*cking pain in the ass.”

于是，设备树（Device Tree）被引入，用于将硬件描述从内核源码中剥离出来。

1. 什么是设备树？

设备树源文件 (.dts) 是一个 ASCII 文本文件，编译后生成二进制文件 (.dtb)，由 Bootloader 传递给内核。

它就像一个家族族谱，是一个树状结构：

• Root Node (/)
  • CPU Node
  • Memory Node
  • System Bus (SOC)
    • I2C Controller
      • Sensor Device
      • EEPROM
    • GPIO Controller

2. 核心语法解析

2.1 节点 (Node)

label: node-name@unit-address {
    property-name = "string";
    property-int = <123>;
    property-list = <0x1000 0x2000>;
};

• label：方便在其他地方引用（phandle）。
• unit-address：通常是寄存器基地址。

2.2 关键属性

compatible

这是最重要的属性，决定了 Linux 内核加载哪个驱动程序。

compatible = "manufacturer,model";
// 例如：compatible = "invensense,mpu6050";

内核中的驱动程序会声明它支持哪些 compatible 字符串。如果有匹配的，probe 函数就会被调用。

reg (Register)

描述设备的地址资源。

reg = <0x40005000 0x400>; // 基地址 0x40005000，长度 0x400

interrupts

描述中断资源。

interrupt-parent = <&gpio1>;
interrupts = <10 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>; // 连接到 GPIO1_10，下降沿触发

3. 常见操作

3.1 覆盖 (Overlay)

在板级文件 (.dts) 中引用 SOC 文件 (.dtsi) 中的节点并修改。

// 在 soc.dtsi 中定义了 &i2c1
&i2c1 {
    status = "okay"; // 启用 I2C1
    clock-frequency = <400000>; // 修改频率为 400kHz

    // 添加子节点
    mpu6050: mpu6050@68 {
        compatible = "invensense,mpu6050";
        reg = <0x68>;
    };
};

3.2 调试技巧

Linux 启动后，可以在 /proc/device-tree 或 /sys/firmware/devicetree/base 下看到解析后的设备树结构。

• 查看是否有节点：ls /proc/device-tree/soc/i2c@.../
• 反编译当前 DTB：dtc -I fs -O dts /proc/device-tree > current.dts，这能让你看到实际上生效的完整设备树。

总结

设备树的初衷是解耦。掌握 DTS，你就能像搭积木一样配置硬件，而不需要去修改内核源码。