Linux 设备树（DTS）简介

设备树（Device Tree）是一种描述硬件的数据结构，起源于 Open Firmware。它由 命名节点（node）与属性（property）组成：节点可包含属性和子节点，属性是 name–value 对。

操作系统读取这份描述后，不必把板级细节大量硬编码进内核。官方文档见：Open Firmware and Devicetree。

为什么引入 DTS

早期 ARM Linux 中，板级信息（platform_device、resource、i2c_board_info、spi_board_info、各类 platform_data 等）大量堆在 arch/arm/plat-xxx、arch/arm/mach-xxx。这些代码对多数内核子系统而言是冗余板级表，合并冲突也多。

引入 Device Tree 后，硬件拓扑与资源信息由 bootloader 传给内核（一份「硬件数据库」），板级硬编码大幅减少。调整后的大致约定是：

ARM 核心与 SoC 架构相关代码仍在 arch/arm
外设驱动放在 drivers/
SoC 特定代码留在 arch/arm/mach-xxx（范围收窄）
板级细节尽量交给 Device Tree

可以把内核看成黑盒，启动时还需要这些输入：

识别平台的信息
运行时配置参数
设备拓扑与特性

嵌入式系统通常由 bootloader 加载内核，并把上述信息（常以 DTB）一并传递。

从 .dts 到 DTB

下表列出了从 DTS 生成 DTB 过程中涉及的几个重要角色：

角色	说明
`.dts`	人类可读的设备树源文件
`.dtsi`	可被 `#include` 的公共片段（类似头文件）
`dtc`	Device Tree Compiler，把源文件编成二进制
`.dtb` / DTB	Device Tree Blob，适合机器处理

它们的关系如下图所示：

启动时，firmware / bootloader 把 DTB 放到内存，并把起始地址交给内核（或下一级程序）。PC 上常见 firmware → bootloader → OS；嵌入式多为 bootloader → OS。

设备树可描述的内容包括（原先多硬编码在内核里）：

CPU 数量与类型
内存基址与大小
总线与桥
外设连接关系
中断控制器与中断用法
GPIO / Clock 控制器及使用情况

内核根据这棵树展开 platform_device、i2c_client、spi_device 等，并把内存、IRQ 等资源绑定到对应设备。

不必描述一切

能动态探测的设备通常不必写进 DT（例如普通 USB device）。SoC 上的 USB host controller、无法探测的 PCI bridge 等仍需要描述。

在 ARM Linux 中，一个 .dts 常对应一块板 / 一个 machine，路径多在 arch/arm/boot/dts/（或架构对应目录）。SoC 公共部分抽成 .dtsi，板级 .dts 再 #include。多个根节点 / 经 dtc 合并后，最终 DTB 只有一棵树、一个根。

节点命名常见形式为 node-name@unit-address。无 reg 时一般不要带 @unit-address。唯一引用一个节点要用完整路径，例如 /soc/uart@1000。

DTS 基本结构

/ {
    node1 {
        a-string-property = "A string";
        a-string-list-property = "first string", "second string";
        a-byte-data-property = [0x01 0x23 0x34 0x56];
        child-node1 {
            first-child-property;
            second-child-property = <1>;
            a-string-property = "Hello, world";
        };
        child-node2 {
        };
    };
    node2 {
        an-empty-property;
        a-cell-property = <1 2 3 4>; /* 每个 cell 是 uint32 */
        child-node1 {
        };
    };
};

要点：

根节点是 /
节点可嵌套
属性可以是空、字符串、字符串列表、cells（<>）、字节数组（[]）

一个最小板级例子

假设板子配置为：

双核 ARM Cortex-A9
本地总线上：两路 UART、GPIO、SPI、中断控制器，以及一条 external bus
external bus 上：以太网、I2C（挂 DS1338 RTC）、NOR Flash

对应（示意）.dts：

/ {
    compatible = "acme,coyotes-revenge";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    interrupt-parent = <&intc>;

    cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            reg = <0>;
        };
        cpu@1 {
            compatible = "arm,cortex-a9";
            reg = <1>;
        };
    };

    serial@101f0000 {
        compatible = "arm,pl011";
        reg = <0x101f0000 0x1000>;
        interrupts = <1 0>;
    };

    serial@101f2000 {
        compatible = "arm,pl011";
        reg = <0x101f2000 0x1000>;
        interrupts = <2 0>;
    };

    gpio@101f3000 {
        compatible = "arm,pl061";
        reg = <0x101f3000 0x1000>;
        interrupts = <3 0>;
    };

    intc: interrupt-controller@10140000 {
        compatible = "arm,pl190";
        reg = <0x10140000 0x1000>;
        interrupt-controller;
        #interrupt-cells = <2>;
    };

    spi@10115000 {
        compatible = "arm,pl022";
        reg = <0x10115000 0x1000>;
        interrupts = <4 0>;
    };

    external-bus {
        #address-cells = <2>;
        #size-cells = <1>;
        ranges = <0 0 0x10100000 0x10000
                  1 0 0x10160000 0x10000
                  2 0 0x30000000 0x1000000>;

        ethernet@0,0 {
            compatible = "smc,smc91c111";
            reg = <0 0 0x1000>;
            interrupts = <5 2>;
        };

        i2c@1,0 {
            compatible = "acme,a1234-i2c-bus";
            #address-cells = <1>;
            #size-cells = <0>;
            reg = <1 0 0x1000>;
            rtc@58 {
                compatible = "maxim,ds1338";
                reg = <58>;
                interrupts = <7 3>;
            };
        };

        flash@2,0 {
            compatible = "samsung,k8f1315ebm", "cfi-flash";
            reg = <2 0 0x4000000>;
        };
    };
};

compatible

compatible 是字符串列表：第一个通常最具体（厂商,型号），后面可写更通用的兼容名。驱动通过 of_match_table 与之匹配后才会进入 probe。

根节点的 compatible 还用于识别 machine / 平台。

reg、#address-cells、#size-cells

子节点 reg 中 address / size 的 cell 个数，由父节点的 #address-cells、#size-cells 决定。

根下 serial 等：地址、长度各 1 cell → reg = <0x101f0000 0x1000>
cpus：#size-cells = <0> → reg = <0> / <1> 只有编号
external-bus：#address-cells = <2> → 片选 + 片选内偏移，再加 length

同类型设备可以同名不同 @unit-address，例如 cpu@0 与 cpu@1。

ranges（地址映射）

跨总线桥后，子地址空间往往要映射到 CPU 可见的内存。ranges 是转换表，每项包含：子地址、父地址、在子空间的大小。cell 宽度分别取子 / 父地址空间的 #address-cells。

上例中 0 0 0x10100000 0x10000 表示：external-bus 片选 0、偏移 0 起的 0x10000 字节，映射到 CPU 地址 0x10100000。

中断相关属性

属性	含义
`interrupt-controller`	空属性，标明本节点是中断控制器
`#interrupt-cells`	挂在该控制器下的设备，其 `interrupts` 有多少个 cell
`interrupt-parent`	指向中断控制器的 phandle；未写则继承父节点
`interrupts`	中断号、触发方式等；具体编码看 binding 文档

例如 ARM GIC 常为 3 个 cell：类型（SPI/PPI）、中断号、flags（边沿 / 电平）。某设备若使用两个高电平 SPI：interrupts = <0 168 4>, <0 169 4>;。细节以内核 Documentation/devicetree/bindings/ 为准。

对 BSP 与驱动的影响

以前：在板级代码里静态声明 platform_device，驱动靠 .name 匹配。

现在：板级信息写在 DTS；驱动用 of_device_id + compatible 匹配：

static const struct of_device_id usbcp_key_table[] = {
    { .compatible = "Realtek,rtk-gpio-ctl-irq-mux" },
    { /* sentinel */ },
};

static struct platform_driver usbcp_key_driver = {
    .driver = {
        .name = "usbcopy_key",
        .of_match_table = usbcp_key_table,
    },
    .probe  = usbcp_key_probe,
    .remove = usbcp_key_remove,
};

对应节点示例：

rtk_gpio_ctl_mlk {
    compatible = "Realtek,rtk-gpio-ctl-irq-mux";
    gpios = <&rtk_iso_gpio 8 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
};

注意

gpios 等属性的 cell 含义以该 GPIO 控制器的 binding 为准，不要照搬别的 SoC 的「第几个 cell 表示方向」之类的口头说法。驱动侧常用 of_get_named_gpio() / devm_gpiod_get() 等 API 解析。

I2C 设备也不必再写 i2c_board_info 数组，把 client 写成 I2C 控制器节点的子节点即可；host 驱动在 probe 中注册后会按 DT 展开 client。

常用 of_ API（管中窥豹）

实现多在 drivers/of/，函数名以 of_ 开头。

void __iomem *of_iomap(struct device_node *node, int index);

按节点 reg 做 ioremap；多段内存时用 index 选择。很多驱动用 of_iomap / devm_ioremap_resource 替代手写地址。

int of_get_named_gpio_flags(struct device_node *np,
                            const char *propname, int index,
                            enum of_gpio_flags *flags);

从属性（如 "gpios"）读取 GPIO 编号与标志。新代码更推荐 gpiod 接口（见下一篇 GPIO 子系统）。

编译 DTB：dtc 与 make dtbs

dtc 源码在 scripts/dtc。启用 Device Tree 后，编内核时会编出主机工具 dtc。各架构 arch/*/boot/dts/Makefile（或等价路径）列出要生成的 .dtb。

单独编译设备树：

make dtbs

会按当前配置生成对应 .dtb。

小结

Device Tree 把板级硬件描述从内核硬编码中抽离出来
.dts / .dtsi → dtc → .dtb，由 bootloader 传给内核
掌握 compatible、reg、cells、ranges、中断属性，就能读懂大部分板级 DTS
驱动侧通过 of_match_table 与 DT 绑定，用 of_* / 子系统 API 取资源

为什么引入 DTS​

从 .dts 到 DTB​

DTS 基本结构​

一个最小板级例子​

compatible​

reg、#address-cells、#size-cells​

ranges（地址映射）​

中断相关属性​

对 BSP 与驱动的影响​

常用 of_ API（管中窥豹）​

编译 DTB：dtc 与 make dtbs​

小结​