嵌入式linux驱动开发篇之设备树

什么是设备树？

设备树（Device Tree）是一种用于描述嵌入式系统硬件组件及其连接关系的数据结构。它被广泛用于嵌入式 Linux 系统，尤其是针对使用多种不同架构和平台的嵌入式系统。它是一种与硬件描述相关的中间表示形式，将硬件信息抽象成一种可移植的格式，使得操作系统和引导加载程序能够在不同的硬件平台上运行，而无需硬编码特定的硬件配置信息。

树状结构：设备树是一个层次结构，由节点和属性组成。节点可以有子节点，形成树状结构。
节点类型：设备节点（device node）描述硬件组件，属性（property）提供有关硬件配置的详细信息。

设备树的主要作用包括：

描述硬件设备信息：将硬件设备的属性和配置信息以标准格式描述出来，包括设备类型、地址、中断等。
实现硬件平台的可移植性：将硬件描述与操作系统和引导加载程序分离，使得相同的软件可以在不同的硬件平台上运行。
简化内核配置和维护：通过设备树，内核可以动态地识别和管理硬件设备，而不需要硬编码在内核中，简化了内核的配置和维护工作。

设备树的一些知识点

DTS、DTB 和 DTC区别

DTS 是设备树源码文件，DTB 是将DTS 编译以后得到的二进制文件。将.dts 编译为.dtb需要用到 DTC 工具，DTC 工具源码在 Linux 内核的 scripts/dtc 目录下。

在arch/arm/boot/dts/Makefile

dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6SLL) += \
imx6sll-lpddr2-arm2.dtb \
imx6sll-lpddr3-arm2.dtb \

在此处添加自己的设备树文件
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
#或者
make dtbs

和 C 语言一样，设备树也支持头文件，设备树的头文件扩展名为.dtsi，.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。比如串口，SPI等等。imx6ull.dtsi文件部分内容如下

#include <dt-bindings/clock/imx6ul-clock.h>
#include <dt-bindings/gpio/gpio.h>
#include <dt-bindings/interrupt-controller/arm-gic.h>
#include "imx6ull-pinfunc.h"
#include "imx6ull-pinfunc-snvs.h"
#include "skeleton.dtsi"/ {aliases {can0 = &flexcan1;can1 = &flexcan2;ethernet0 = &fec1;ethernet1 = &fec2;gpio0 = &gpio1;gpio1 = &gpio2;gpio2 = &gpio3;gpio3 = &gpio4;gpio4 = &gpio5;i2c0 = &i2c1;i2c1 = &i2c2;i2c2 = &i2c3;i2c3 = &i2c4;mmc0 = &usdhc1;mmc1 = &usdhc2;serial0 = &uart1;serial1 = &uart2;serial2 = &uart3;serial3 = &uart4;serial4 = &uart5;serial5 = &uart6;serial6 = &uart7;serial7 = &uart8;spi0 = &ecspi1;spi1 = &ecspi2;spi2 = &ecspi3;spi3 = &ecspi4;usbphy0 = &usbphy1;usbphy1 = &usbphy2;};cpus {#address-cells = <1>;#size-cells = <0>;cpu0: cpu@0 {compatible = "arm,cortex-a7";device_type = "cpu";reg = <0>;clock-latency = <61036>; /* two CLK32 periods */operating-points = </* kHz	uV */996000	1275000792000	1225000528000	1175000396000	1025000198000	950000>;fsl,soc-operating-points = </* KHz	uV */996000	1175000792000	1175000528000	1175000396000	1175000198000	1175000>;fsl,low-power-run;clocks = <&clks IMX6UL_CLK_ARM>,<&clks IMX6UL_CLK_PLL2_BUS>,<&clks IMX6UL_CLK_PLL2_PFD2>,<&clks IMX6UL_CA7_SECONDARY_SEL>,<&clks IMX6UL_CLK_STEP>,<&clks IMX6UL_CLK_PLL1_SW>,<&clks IMX6UL_CLK_PLL1_SYS>,<&clks IMX6UL_PLL1_BYPASS>,<&clks IMX6UL_CLK_PLL1>,<&clks IMX6UL_PLL1_BYPASS_SRC>,<&clks IMX6UL_CLK_OSC>;clock-names = "arm", "pll2_bus",  "pll2_pfd2_396m", "secondary_sel", "step","pll1_sw", "pll1_sys", "pll1_bypass", "pll1", "pll1_bypass_src", "osc";};};
....

设备节点

设备节点是Linux系统中一个重要的概念，它是用户程序和内核驱动之间的纽带。设备节点通常位于/dev目录下，并以文件的形式存在，每个设备节点都对应着一个特定的设备。通过打开设备节点，用户程序可以获取设备的句柄，从而与设备进行通信和控制。

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。
compatible 属性
compatible 属性也叫做“兼容性”属性，这是重要的属性。compatible 属性的值是一个字符串列表，compatible 属性用于将设备和驱动绑定起来。格式如下

"manufacturer,model"

I.MX6U-ALPHA 开发板上的音频芯片采用的欧胜(WOLFSON)出品的 WM8960，sound 节点的 compatible 属性值如下：

compatible = "fsl,imx6ul-evk-wm8960","fsl,imx-audio-wm8960";

model 属性
model 属性值也是一个字符串，一般 model 属性描述设备模块信息。

model = "wm8960-audio";

status 属性
status 属性是和设备状态有关的，status 属性值也是字符串。

ranges 属性
ranges属性值可以为空或者按照(child-bus-address,parent-bus-address,length)格式编写的数字矩阵。
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：child-bus-address：子总线地址空间的物理地址，由父节点的#address-cells 确定此物理地址所占用的字长。parent-bus-address：父总线地址空间的物理地址，同样由父节点的#address-cells 确定此物理地址所占用的字长。length：子地址空间的长度，由父节点的#size-cells 确定此地址长度所占用的字长。

在Linux设备树中增加设备节点的步骤通常包括以下几个步骤：

确定设备信息：包括设备的名称、兼容性、模型等。这些信息通常在设备规格书或数据手册中可以找到。
编辑设备树源文件：设备树的信息通常存储在一个设备树源文件（.dts）中。你需要打开这个文件，并在适当的位置添加你的设备节点。设备节点通常包含设备的名称、兼容性、模型以及任何特定于设备的属性或子节点。
编译设备树：一旦你添加了设备节点并保存了设备树源文件，你需要使用设备树编译器（dtc）将其编译为设备树二进制文件（.dtb）。这个文件可以在引导时被内核使用。
更新引导加载程序：需要将新的设备树二进制文件添加到引导加载程序（如U-Boot）的配置中，以便在引导时加载它。具体的步骤取决于你使用的引导加载程序。
更新内核配置：可能还需要更新内核的配置，以启用对新设备的支持。这通常涉及编辑内核配置文件（.config），然后重新编译内核。
测试：最后，需要在目标硬件上测试更改，以确保新设备能够正确识别并工作。