一、什么是设备树

设备树(Device Tree)，将这个词分开就是“设备”和“树”，描述设备树的文件叫做 DTS(Device Tree Source)，这个 DTS 文件采用树形结构描述板级设备，也就是开发板上的设备信息，比如 CPU 数量、 内存基地址、 IIC 接口上接了哪些设备、 SPI 接口上接了哪些设备等等，如图：

在图中，树的主干就是系统总线， IIC 控制器、 GPIO 控制器、 SPI 控制器等都是接到系统主线上的分支。IIC 控制器有分为 IIC1 和 IIC2 两种，其中 IIC1 上接了 FT5206 和 AT24C02 这两个 IIC 设备， IIC2 上只接了 MPU6050 这个设备。 DTS 文件的主要功能就是按照图所示的结构来描述板子上的设备信息， DTS 文件描述设备信息是有相应的语法规则要求的，稍后我们会详细的讲解 DTS 语法规则。

在以前的 Linux 内核中 ARM 架构并没有采用设备树。在没有设备树的时候 Linux 是如何描述 ARM 架构中的板级信息呢？在 Linux 内核源码中大量的 arch/arm/mach-xxx 和 arch/arm/plat-xxx 文件夹，这些文件夹里面的文件就是对应平台下的板级信息。

随着智能手机的发展，每年新出的 ARM 架构芯片少说都在数十、数百款， Linux 内核下板级信息文件将会成指数级增长！这些板级信息文件都是.c 或.h 文件，都会被硬编码进 Linux 内核中， 导致 Linux 内核“虚胖”。就好比你喜欢吃自助餐，然后花了 100 多到一家宣传看着很不错的自助餐厅，结果你想吃的牛排、海鲜、烤肉基本没多少，全都是一些凉菜、炒面、西瓜、饮料等小吃，相信你此时肯定会脱口而出一句“F

k!”、“骗子！”。同样的，当 Linux 之父 linus 看到 ARM 社区向 Linux 内核添加了大量“无用”、冗余的板级信息文件，不禁的发出了一句“This whole ARM thing is a f

cking pain in the ass”。从此以后 ARM 社区就引入了 PowerPC 等架构已经采用的设备树(Flattened Device Tree)，将这些描述板级硬件信息的内容都从 Linux 内中分离开来，用一个专属的文件格式来描述，这个专属的文件就叫做设备树，文件扩展名为.dts。 一个 SOC 可以作出很多不同的板子，这些不同的板子肯定是有共同的信息， 将这些共同的信息提取出来作为一个通用的文件，其他的.dts 文件直接引用这个通用文件即可，这个通用文件就是.dtsi 文件，类似于 C 语言中的头文件。一般.dts 描述板级信息(也就是开发板上有哪些 IIC 设备、 SPI 设备等)， .dtsi 描述 SOC 级信息(也就是 SOC 有几个 CPU、主频是多少、各个外设控制器信息等)。


这个就是设备树的由来，简而言之就是， Linux 内核中 ARM 架构下有太多的冗余的垃圾板级信息文件，导致 linus 震怒，然后 ARM 社区引入了设备树。

二、DTS、 DTB 和 DTC

设备树源文件扩展名为.dts，但是我们在前面移植 Linux 的时候却一直在使用.dtb 文件，那么 DTS 和 DTB 这两个文件是什么关系呢？ 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.c 文件编译为.o 需要用到 gcc 编译器，那么将.dts 编译为.dtb 需要什么工具呢？需要用到 DTC 工具！ DTC 工具源码在 Linux 内核的 scripts/dtc 目录下，scripts/dtc/Makefile 文件内容如下：

always := $(hostprogs-y)

dtc-objs:= dtc.o flattree.o fstree.o data.o livetree.o treesource.o \
		srcpos.o checks.o util.o
dtc-objs += dtc-lexer.lex.o dtc-parser.tab.o
......

可以看出， DTC 工具依赖于 dtc.c、 flattree.c、 fstree.c 等文件，最终编译并链接出 DTC 这个主机文件。如果要编译 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

“make all”命令是编译 Linux 源码中的所有东西，包括 zImage， .ko 驱动模块以及设备树，如果只是编译设备树的话建议使用“make dtbs”命令。

基于 ARM 架构的 SOC 有很多种，一种 SOC 又可以制作出很多款板子，每个板子都有一个对应的 DTS 文件，那么如何确定编译哪一个 DTS 文件呢？我们就以 I.MX6ULL 这款芯片对应的板子为例来看一下，打开 arch/arm/boot/dts/Makefile，有如下内容：

381 dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6UL) += \
382 imx6ul-14x14-ddr3-arm2.dtb \
383 imx6ul-14x14-ddr3-arm2-emmc.dtb \
......
400 dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6ULL) += \
401 imx6ull-14x14-ddr3-arm2.dtb \
402 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-adc.dtb \
403 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-cs42888.dtb \
404 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-ecspi.dtb \
405 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-emmc.dtb \
406 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-epdc.dtb \
407 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-flexcan2.dtb \
408 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-gpmi-weim.dtb \
409 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-lcdif.dtb \
410 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-ldo.dtb \
411 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-qspi.dtb \
412 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-qspi-all.dtb \
413 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-tsc.dtb \
414 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-uart2.dtb \
415 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-usb.dtb \
416 imx6ull-14x14-ddr3-arm2-wm8958.dtb \
417 imx6ull-14x14-evk.dtb \
418 imx6ull-14x14-evk-btwifi.dtb \
419 imx6ull-14x14-evk-emmc.dtb \
420 imx6ull-14x14-evk-gpmi-weim.dtb \
421 imx6ull-14x14-evk-usb-certi.dtb \
422 imx6ull-alientek-emmc.dtb \
423 imx6ull-alientek-nand.dtb \
424 imx6ull-9x9-evk.dtb \
425 imx6ull-9x9-evk-btwifi.dtb \
426 imx6ull-9x9-evk-ldo.dtb
427 dtb-$(CONFIG_SOC_IMX6SLL) += \
428 imx6sll-lpddr2-arm2.dtb \
429 imx6sll-lpddr3-arm2.dtb \
......

可以看出，当选中 I.MX6ULL 这个 SOC 以后(CONFIG_SOC_IMX6ULL=y)，所有使用到 I.MX6ULL 这个 SOC 的板子对应的.dts 文件都会被编译为.dtb。如果我们使用 I.MX6ULL 新做了一个板子，只需要新建一个此板子对应的.dts 文件，然后将对应的.dtb 文件名添加到 dtb- $(CONFIG_SOC_IMX6ULL)下，这样在编译设备树的时候就会将对应的.dts 编译为二进制的.dtb 文件。

示例代码 43.2.2 中第 422 和 423 行就是我们在给正点原子的 I.MX6U-ALPHA 开发板移植 Linux 系统的时候添加的设备树。关于.dtb 文件怎么使用这里就不多说了，前面讲解 Uboot 移植、 Linux 内核移植的时候已经无数次的提到如何使用.dtb 文件了(uboot 中使用 bootz 或 bootm命令向 Linux 内核传递二进制设备树文件(.dtb))。

三、DTS 语法

虽然我们基本上不会从头到尾重写一个.dts 文件，大多时候是直接在 SOC 厂商提供的.dts 文件上进行修改。但是 DTS 文件语法我们还是需要详细的学习一遍， 因为我们肯定需要修改.dts 文件。大家不要看到要学习新的语法就觉得会很复杂， DTS 语法非常的人性化，是一种 ASCII 文本文件，不管是阅读还是修改都很方便。

本节我们就以 imx6ull-alientek-emmc.dts 这个文件为例来讲解一下 DTS 语法。

1. .dtsi 头文件

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。在 imx6ull-alientekemmc.dts中有如下所示内容：

#include <dt-bindings/input/input.h>
#include "imx6ull.dtsi"

第一行，使用“#include”来引用“input.h”这个.h 头文件。

第二行，使用“#include”来引用“imx6ull.dtsi”这个.dtsi 头文件。

看到这里，大家可能会疑惑，不是说设备树的扩展名是.dtsi 吗？为什么也可以直接引用 C 语言中的.h 头文件呢？这里并没有错， .dts 文件引用 C 语言中的.h 文件，甚至也可以引用.dts 文件，打开 imx6ull-14×14-evk-gpmi-weim.dts 这个文件，此文件中有如下内容：

#include "imx6ull-14x14-evk.dts"

可以看出，上述代码中直接引用了.dts 文件，因此在.dts 设备树文件中，可以通过 “#include”来引用.h、 .dtsi 和.dts 文件。只是，我们在编写设备树头文件的时候最好选择.dtsi 后缀。

一般.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 UART、 IIC 等等。比如 imx6ull.dtsi 就是描述 I.MX6ULL 这颗 SOC 内部外设情况信息的，内容如下：

10 #include <dt-bindings/clock/imx6ul-clock.h>
11 #include <dt-bindings/gpio/gpio.h>
12 #include <dt-bindings/interrupt-controller/arm-gic.h>
13 #include "imx6ull-pinfunc.h"
14 #include "imx6ull-pinfunc-snvs.h"
15 #include "skeleton.dtsi"
16
17 / {
18 aliases {
19 can0 = &flexcan1;
......
48 };
49
50 cpus {
51 #address-cells = <1>;
52 #size-cells = <0>;
53
54 cpu0: cpu@0 {
55 compatible = "arm,cortex-a7";
56 device_type = "cpu";
......
89 };
90 };
91
92 intc: interrupt-controller@00a01000 {
93 compatible = "arm,cortex-a7-gic";
94 #interrupt-cells = <3>;
95 interrupt-controller;
96 reg = <0x00a01000 0x1000>,
97 <0x00a02000 0x100>;
98 };
99
100 clocks {
101 #address-cells = <1>;
102 #size-cells = <0>;
103
104 ckil: clock@0 {
105 compatible = "fixed-clock";
106 reg = <0>;
107 #clock-cells = <0>;
108 clock-frequency = <32768>;
109 clock-output-names = "ckil";
110 };
......
135 };
136
137 soc {
138 #address-cells = <1>;
139 #size-cells = <1>;
140 compatible = "simple-bus";
141 interrupt-parent = <&gpc>;
142 ranges;
143
144 busfreq {
145 compatible = "fsl,imx_busfreq";
......
162 };
197
198 gpmi: gpmi-nand@01806000{
199 compatible = "fsl,imx6ull-gpmi-nand", "fsl, imx6ul-gpminand";
200 #address-cells = <1>;
201 #size-cells = <1>;
202 reg = <0x01806000 0x2000>, <0x01808000 0x4000>;
......
216 };
......
1177 };
1178 };

示例代码 43.3.1.3 中第 54~89 行就是 cpu0 这个设备节点信息，这个节点信息描述了 I.MX6ULL 这颗 SOC 所使用的 CPU 信息，比如架构是 cortex-A7，频率支持 996MHz、 792MHz、528MHz、396MHz 和 198MHz 等等。在 imx6ull.dtsi 文件中不仅仅描述了 cpu0 这一个节点信息，I.MX6ULL 这颗 SOC 所有的外设都描述的清清楚楚，比如 ecspi1~4、 uart1~8、 usbphy1~2、 i2c1~4等等，关于这些设备节点信息的具体内容我们稍后在详细的讲解。

2. 设备节点

设备树是采用树形结构来描述板子上的设备信息的文件，每个设备都是一个节点，叫做设备节点，每个节点都通过一些属性信息来描述节点信息，属性就是键—值对。以下是从 imx6ull.dtsi 文件中缩减出来的设备树文件内容：

1 / {
2 aliases {
3 can0 = &flexcan1;
4 };
5 
6 cpus {
7 #address-cells = <1>;
8 #size-cells = <0>;
9
10 cpu0: cpu@0 {
11 compatible = "arm,cortex-a7";
12 device_type = "cpu";
13 reg = <0>;
14 };
15 };
16
17 intc: interrupt-controller@00a01000 {
18 compatible = "arm,cortex-a7-gic";
19 #interrupt-cells = <3>;
20 interrupt-controller;
21 reg = <0x00a01000 0x1000>,
22 <0x00a02000 0x100>;
23 };
24 }

第 1 行，“/”是根节点，每个设备树文件只有一个根节点。细心的同学应该会发现， imx6ull.dtsi 和 imx6ull-alientek-emmc.dts 这两个文件都有一个“/”根节点，这样不会出错吗？不会的，因为这两个“/”根节点的内容会合并成一个根节点。

第 2、 6 和 17 行， aliases、 cpus 和 intc 是三个子节点，在设备树中节点命名格式如下：

node-name@unit-address

其中“node-name”是节点名字，为 ASCII 字符串，节点名字应该能够清晰的描述出节点的功能，比如“uart1”就表示这个节点是 UART1 外设。“unit-address”一般表示设备的地址或寄存器首地址，如果某个节点没有地址或者寄存器的话“unit-address”可以不要，比如“cpu@0”、“interrupt-controller@00a01000”。

但是我们在上述代码中我们看到的节点命名却如下所示：

cpu0:cpu@0

上述命令并不是“node-name@unit-address”这样的格式，而是用“：”隔开成了两部分，“：” 前面的是节点标签(label)，“：”后面的才是节点名字，格式如下所示：

label: node-name@unit-address

引入 label 的目的就是为了方便访问节点，可以直接通过&label 来访问这个节点，比如通过&cpu0 就可以访问“cpu@0”这个节点，而不需要输入完整的节点名字。再比如节点 “intc: interrupt-controller@00a01000”，节点 label 是 intc，而节点名字就很长了，为“ interruptcontroller@00a01000”。很明显通过&intc 来访问“interrupt-controller@00a01000”这个节点要方便很多！

第 10 行， cpu0 也是一个节点，只是 cpu0 是 cpus 的子节点。

每个节点都有不同属性，不同的属性又有不同的内容，属性都是键值对，值可以为空或任意的字节流。设备树源码中常用的几种数据形式如下所示：

①：字符串

compatible = "arm,cortex-a7";

上述代码设置 compatible 属性的值为字符串“arm,cortex-a7”。

②：32 位无符号整数

reg = <0>;

上述代码设置 reg 属性的值为 0， reg 的值也可以设置为一组值，比如：

reg = <0 0x123456 100>;

③：字符串列表

属性值也可以为字符串列表，字符串和字符串之间采用“,”隔开，如下所示：

compatible = "fsl,imx6ull-gpmi-nand", "fsl, imx6ul-gpmi-nand";

上述代码设置属性 compatible 的值为“fsl,imx6ull-gpmi-nand”和“fsl, imx6ul-gpmi-nand”。

3. 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， Linux 下的很多外设驱动都会使用这些标准属性，本节我们就来学习一下几个常用的标准属性。

3.1 compatible 属性

compatible 属性也叫做“兼容性”属性，这是非常重要的一个属性！ 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。字符串列表用于选择设备所要使用的驱动程序， compatible 属性的值格式如下所示：

"manufacturer,model"

其中 manufacturer 表示厂商， model 一般是模块对应的驱动名字。比如 imx6ull-alientekemmc.dts 中 sound 节点是 I.MX6U-ALPHA 开发板的音频设备节点， 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";

属性值有两个，分别为“fsl,imx6ul-evk-wm8960”和“fsl,imx-audio-wm8960”，其中“fsl”表示厂商是飞思卡尔，“imx6ul-evk-wm8960”和“imx-audio-wm8960”表示驱动模块名字。 sound 这个设备首先使用第一个兼容值在 Linux 内核里面查找，看看能不能找到与之匹配的驱动文件，如果没有找到的话就使用第二个兼容值查。

一般驱动程序文件都会有一个 OF 匹配表，此 OF 匹配表保存着一些 compatible 值，如果设备节点的 compatible 属性值和 OF 匹配表中的任何一个值相等，那么就表示设备可以使用这个驱动。比如在文件 imx-wm8960.c 中有如下内容：

632 static const struct of_device_id imx_wm8960_dt_ids[] = {
633 { .compatible = "fsl,imx-audio-wm8960", },
634 { /* sentinel */ }
635 };
636 MODULE_DEVICE_TABLE(of, imx_wm8960_dt_ids);
637
638 static struct platform_driver imx_wm8960_driver = {
639 .driver = {
640 .name = "imx-wm8960",
641 .pm = &snd_soc_pm_ops,
642 .of_match_table = imx_wm8960_dt_ids,
643 },
644 .probe = imx_wm8960_probe,
645 .remove = imx_wm8960_remove,
646 };

第 632~635 行的数组 imx_wm8960_dt_ids 就是 imx-wm8960.c 这个驱动文件的匹配表，此匹配表只有一个匹配值“fsl,imx-audio-wm8960”。如果在设备树中有哪个节点的 compatible 属性值与此相等，那么这个节点就会使用此驱动文件。

第 642 行， wm8960 采用了 platform_driver 驱动模式，关于 platform_driver 驱动后面会讲解。此行设置.of_match_table 为 imx_wm8960_dt_ids，也就是设置这个 platform_driver 所使用的

OF 匹配表。

3.2 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，比如名字什么的，比如：

model = "wm8960-audio";

3.3 status 属性

status 属性看名字就知道是和设备状态有关的， status 属性值也是字符串，字符串是设备的状态信息，可选的状态如表所示：

3.4 #address-cells 和#size-cells 属性

这两个属性的值都是无符号 32 位整形， #address-cells 和#size-cells 这两个属性可以用在任何拥有子节点的设备中，用于描述子节点的地址信息。 #address-cells 属性值决定了子节点 reg 属性中地址信息所占用的字长(32 位)， #size-cells 属性值决定了子节点 reg 属性中长度信息所占的字长(32 位)。 #address-cells 和#size-cells 表明了子节点应该如何编写 reg 属性值，一般 reg 属性都是和地址有关的内容，和地址相关的信息有两种：起始地址和地址长度， reg 属性的格式一为：

reg = <address1 length1 address2 length2 address3 length3……>

每个“address length”组合表示一个地址范围，其中 address 是起始地址， length 是地址长度， #address-cells 表明 address 这个数据所占用的字长， #size-cells 表明 length 这个数据所占用的字长，比如:

1 spi4 {
2 compatible = "spi-gpio";
3 #address-cells = <1>;
4 #size-cells = <0>;
5 
6 gpio_spi: gpio_spi@0 {
7 compatible = "fairchild,74hc595";
8 reg = <0>;
9 };
10 };
11
12 aips3: aips-bus@02200000 {
13 compatible = "fsl,aips-bus", "simple-bus";
14 #address-cells = <1>;
15 #size-cells = <1>;
16
17 dcp: dcp@02280000 {
18 compatible = "fsl,imx6sl-dcp";
19 reg = <0x02280000 0x4000>;
20 };
21 };

第 3， 4 行，节点 spi4 的#address-cells = <1>， #size-cells = <0>，说明 spi4 的子节点 reg 属性中起始地址所占用的字长为 1，地址长度所占用的字长为 0。

第 8 行，子节点 gpio_spi: gpio_spi@0 的 reg 属性值为 <0>，因为父节点设置了#addresscells = <1>， #size-cells = <0>，因此 addres=0，没有 length 的值，相当于设置了起始地址，而没有设置地址长度。

第 14， 15 行，设置 aips3: aips-bus@02200000 节点#address-cells = <1>， #size-cells = <1>，说明 aips3: aips-bus@02200000 节点起始地址长度所占用的字长为 1，地址长度所占用的字长也为 1。

第 19 行，子节点 dcp: dcp@02280000 的 reg 属性值为<0x02280000 0x4000>，因为父节点设置了#address-cells = <1>， #size-cells = <1>， address= 0x02280000， length= 0x4000，相当于设置了起始地址为 0x02280000，地址长度为 0x40000。

3.5 reg 属性

reg 属性前面已经提到过了， reg 属性的值一般是(address， length)对。 reg 属性一般用于描述设备地址空间资源信息，一般都是某个外设的寄存器地址范围信息，比如在 imx6ull.dtsi 中有如下内容：

323 uart1: serial@02020000 {
324 compatible = "fsl,imx6ul-uart",
325 "fsl,imx6q-uart", "fsl,imx21-uart";
326 reg = <0x02020000 0x4000>;
327 interrupts = <GIC_SPI 26 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
328 clocks = <&clks IMX6UL_CLK_UART1_IPG>,
329 <&clks IMX6UL_CLK_UART1_SERIAL>;
330 clock-names = "ipg", "per";
331 status = "disabled";
332 };

上述代码是节点 uart1， uart1 节点描述了 I.MX6ULL 的 UART1 相关信息，重点是第 326 行的 reg 属性。其中 uart1 的父节点 aips1: aips-bus@02000000 设置了#address-cells = <1>、 #sizecells = <1>，因此 reg 属性中 address=0x02020000， length=0x4000。查阅《I.MX6ULL 参考手册》可知， I.MX6ULL 的 UART1 寄存器首地址为 0x02020000，但是 UART1 的地址长度(范围)并没有 0x4000 这么多，这里我们重点是获取 UART1 寄存器首地址。

…