Linux设备树(DT)及驱动开发

# 第一章：Linux设备树(DT)简介

## 1.1 什么是Linux设备树(DT)

Linux设备树(DT，Device Tree)是一种描述嵌入式系统硬件设备和资源的数据结构，以及驱动程序如何与这些设备和资源交互的方法。它是一种独立于硬件架构的中间表示形式，能够抽象出硬件平台的特定细节和差异，使驱动程序能够在不修改代码的情况下适应不同的硬件配置。

设备树通常是以.dts或.dtsi文件的形式存在，它们使用一种类似于C语言的语法来描述硬件设备和资源。设备树提供了一种统一的方式来描述硬件配置，包括处理器、存储器、外设等，以及它们之间的连接关系和属性信息。

## 1.2 为什么在嵌入式系统中使用设备树

在嵌入式系统中，硬件平台通常会因为不同的芯片厂商、不同的处理器架构等原因而存在差异。传统的方法是在内核中直接写死硬件配置相关的代码，这样会导致移植性差、维护困难等问题。

而使用设备树可以将硬件配置从内核代码中分离出来，使得驱动程序能够更好地适应不同的硬件平台。同时，设备树还能够提供非常详细的硬件描述信息，有助于开发人员更好地理解和调试硬件系统。

另外，设备树还可以在系统启动时动态加载，从而使得硬件配置的修改不再需要重新编译内核，大大提高了系统的灵活性和可维护性。

## 1.3 设备树的基本结构和语法

设备树以树状结构组织，每个节点代表一个硬件设备或资源，节点之间通过父子关系来描述设备之间的连接关系。每个节点由一个唯一的路径标识符来区分。

设备树的语法类似于C语言的结构体定义，由属性和值对组成。属性用于描述设备的特性、功能和配置信息，值则是属性的具体取值。属性和值的组合被称为一个属性节点。

属性节点可以包含子节点，子节点可以继续包含其他子节点，从而形成树状结构。子节点的属性节点可以继承父节点的属性，也可以覆盖父节点的属性。

设备树的基本结构如下：

/dts-v1/;

/ {
    /* 根节点属性和子节点 */
}

在根节点下可以有多个子节点，每个子节点描述一个具体的设备或资源。每个设备或资源节点可以有自己的属性和子节点，用于进一步描述设备的特性和连接关系。

这是设备树的一个简单示例：

/dts-v1/;

/ {
    model = "My Embedded System";
    compatible = "my,embedded";
    memory {
        reg = <0x10000000 0x10000000>;
    }
    peripherals {
        uart {
            compatible = "my,uart";
            status = "okay";
        }
    }
}

这个示例描述了一个嵌入式系统，包含了一个内存和一个串口设备。根节点下包含了model和compatible两个属性，以及memory和peripherals两个子节点。memory节点描述了内存的基地址和大小，peripherals节点下则包含了一个串口设备的属性。
### 2. 第二章：设备树驱动开发基础

设备树驱动开发是嵌入式系统中的重要组成部分，通过设备树可以方便地管理硬件资源和设备信息。在本章中，我们将学习设备树中的驱动绑定、属性和节点定义以及驱动编写实例。

#### 2.1 设备树中的驱动绑定

设备树中的驱动绑定是指将硬件设备与驱动程序进行关联的过程。在设备树中，使用"compatible"属性来标识设备和驱动之间的兼容性。当内核加载时，会根据设备树中的"compatible"属性值来选择合适的驱动程序进行绑定。

// 举例说明设备树中的驱动绑定
leds {
    compatible = "my-led-driver";
    status = "okay";
    led0: led@0 {
        reg = <0>;
    };
    led1: led@1 {
        reg = <1>;
    };
};

#### 2.2 设备树中的属性和节点定义

设备树中的属性和节点定义描述了硬件设备的各种属性和组织结构。每个节点包含了设备的相关信息，并通过属性来描述设备的特性。驱动程序可以通过设备树中的属性来获取设备的信息，并进行相应的操作。

// 举例说明设备树中的属性和节点定义
spi {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;

    my_device@0 {
        compatible = "my-spi-device";
        reg = <0>;
        status = "okay";
        data-width = <8>;
    };
};

#### 2.3 设备树中的驱动编写实例

为了更好地理解设备树中的驱动开发，接下来我们将以一个LED驱动的实例来进行说明。

// LED设备树节点定义
leds {
    compatible = "my-led-driver";
    status = "okay";
    led0: led@0 {
        reg = <0>;
    };
    led1: led@1 {
        reg = <1>;
    };
};

// LED设备驱动代码示例
static int my_led_probe(struct platform_device *pdev) {
    // 获取设备树中的节点信息
    struct device_node *np = pdev->dev.of_node;
    u32 led_reg;
    // 获取LED节点的reg属性值
    of_property_read_u32(np, "reg", &led_reg);

    // 进行LED初始化和操作
    // ...

    return 0;
}

// 注册设备驱动
static struct of_device_id my_led_of_match[] = {
    { .compatible = "my-led-driver" },
    {},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, my_led_of_match);

static struct platform_driver my_led_driver = {
    .probe = my_led_probe,
    .driver = {
        .name = "my-l