概念
Linux内核从3.x开始引入设备树的概念，用于实现驱动代码与设备信息相分离。相当于从驱动代码分离出来的配置文件，比如串口的波特率通过设备树配置，当需要改变波特率时，就不用修改驱动，直接修改配置文件则可。
设备树源文件扩展名为.dts(device tree source)，一般放置在内核的"arch/arm/boot/dts/"目录内。设备树源文件的通用部分用.dtsi文件描述，一般用于描述SOC的内部外设信息，如CPU架构，主频等。差异部分用.dts文件描述，一般用于描述设备上的其它设备，如IIC设备，SPI设备。
dts基本语法
设备节点：dts文件中描述一个设备信息的内容。比如IIC0。
根节点：设备树文件开头会有’/’就是根节点，每个设备树文件只有一个根节点，
每个节点都有一堆属性，有的可以用户自定义，有的为标准属性。
compatible：“兼容性”属性，用于将设备和驱动绑定起来，一般驱动程序都会有一个OF匹配，匹配相等，则可使用这个驱动。
module:属性也是字符串，描述模块信息，如名字什么的。
status：设备状态，可以是“okey”、“disable”，“fail”、“fail-sss”
reg：一般reg都是和地址相关的内容，起始地址和地址长度。
#address-cells：描述reg属性中的起始地址占用字长。
#size-cells：描述reg属性中的地址长度所占用的字长。
举例：
apb {
compatible = "simple-bus";
#address-cells = <1>; //父节点的起始地址字长1，即uart0的reg属性中，第一个字为起始地址。
#size-cells = <1>;//父节点的地址长度字长为1。
ranges;
uart0: serial@f0024000 {//节点标签：节点名@设备地址或者寄存器首地址
compatible = "atmel,at91sam9260-usart";//<厂商，驱动名>
reg = <0xf0024000 0x100>;//uart0寄存器的起始地址为0xf002c000，可以在SOC的datasheet中查看到。
interrupts = <16 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH 5>;
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_uart0>;
clocks = <&uart0_clk>;
clock-names = "usart";
status = "disabled";//状态为disable
};
根节点中有两个特殊节点aliases(别名)和chosen。
设备树在系统中的体现
在根文件系统中/proc/device-tree目录下，包括根节点’/’的所有属性和子节点。
在设备树存放目录arch/arm/boot/dts/中搜索model内容，可以找到对应的.dts文件入口。可以看到model和compatible的属性值完全相同。
设备树和datasheet对应
以下以调试串口打印配置为例，学习如何查看设备树和datasheet如何对应的。
① 通过原理图，可以知道调试串口连接的PB30和PB31.
② 在datasheet中，引脚功能描述，可以看到PB30和PB31功能为调试打印DBGU。
③ 在datasheet的”Memory Mapping”中，可以看到DBGU的起始地址0Xffff ee00
④ 从上一章节知道设备树的入口文件为”sama5d34ek.dts”，在“sama5d34ek.dts”文件中#include了很多dtsi文件。
⑤ 进入相应的.dtsi文件，可以找到相关dbgu的设备节点。可以看到里面描述的内容与datasheet一致。
⑥ 在系统中，也可以找到dbgu的相关信息
基于设备树驱动LED
大致可以分为三个步骤：
① 在.dts文件中创建相应的设备节点
② 编写驱动，获取设备树中的属性值
③ 使用获取的属性值初始化LED所使用的GPIO。
一.根节‘/’下创建子节点
添加内容如下：
boyee_led{
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "boyee-led";
status = "okay";
reg = <0Xfffff600 0x200>;//PIOC的基地址
};
二.编译.dts生成.dtb
在内核根目录下执行make dtbs，编译生成新的.dtb。或者执行make，也会对更改过的dtbs进行重新编译。然后使用新的.dtb启动linux内核。
三.驱动编写
提取设备节点的属性，linux内核中使用device_node结构体来描述一个节点，此结构体定义在文件include/linux/of.h中。
查找节点有关的OF函数（获取设备节点属性函数都以of_开头）有5个：
of_find_node_by_name:通过节点名字查找指定的节点。
of_find_nade_by_type:通过device_type属性查找指定的节点。
of_find_compatible_node:根据device_type和compatibe两个属性查找指定的节点。
of_find_matching_node_and_match：通过of_device_id查找指定节点。
of_find_node_by_path:通过路径来查找指定的节点。
#include <linux/fs.h> /*包含file_operation结构体*/
#include <linux/init.h>/* 包含module_init module_exit */
#include <linux/module.h>/* 包含LICENSE的宏 */
#include <linux/miscdevice.h>/*包含miscdevice结构体*/
#include <linux/io.h>/*包含ioremap等操作函数*/
#include <linux/kernel.h>/*包含printk等操作函数*/
#include <linux/of.h>/*设备树操作相关的函数*/
/**************宏定义***************/
#define PIO_SODR (*(volatile unsigned long *)(virt_addr +0x0030))
#define PIO_CODR (*(volatile unsigned long *)(virt_addr +0x0034))
#define PIO_PER (*(volatile unsigned long *)(virt_addr +0x0000))
#define PIO_MDDR (*(volatile unsigned long *)(virt_addr +0x0054))
#define PIO_OER (*(volatile unsigned long *)(virt_addr +0x0010))
#define PIO_OWDR (*(volatile unsigned long *)(virt_addr +0x00A4))
/*
#define PIO_PDSR (*(volatile unsigned long *)(virt_addr +0x003C))
#define PIO_ODR (*(volatile unsigned long *)(virt_addr +0x0014))
#define PIO_PUER (*(volatile unsigned long *)(virt_addr +0x0064))
#define PIO_PUDR (*(volatile unsigned long *)(virt_addr +0x0060 ))
#define PIO_PPDER (*(volatile unsigned long *)(virt_addr +0x0094))
*/
#define LED2 1 << 29
#define LED1 1 << 26
#define LED_ON 1
#define LED_OFF 0
#define LED1_CTL 5
#define LED2_CTL 6
/**************内部变量***************/
unsigned long virt_addr;
/* 定义一个打开设备的,open函数 */
static int led_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
return 0;
}
/* 定义一个打开设备的,ioctl函数 */
static long led_ioctl(struct file *file,unsigned int data,unsigned long arg)
{
switch(data)
{
case LED1_CTL:
if(arg == LED_ON){
PIO_SODR |= LED1;/*对芯片寄存器IO操作*/
}
else{
PIO_CODR |= LED1;
}
break;
case LED2_CTL:
if(arg == LED_ON){
PIO_SODR |= LED2;
}
else{
PIO_CODR |= LED2;
}
break;
default:
break;
}
return 0;
}
/*字符设备驱动程序就是为具体硬件的file_operations结构编写各个函数*/
static const struct file_operations led_ctl={
.owner = THIS_MODULE,
.unlocked_ioctl = led_ioctl,
.open = led_open,
};
/*杂项设备，主设备号为10的字符设备，相对普通字符设备，使用更简单*/
static struct miscdevice led_miscdev = {
.minor = 255,
.name = "led_ctl",
.fops = &led_ctl,
};
static int __init led_init(void)
{
int res;
struct device_node *led_nd;//设备节点
struct property *proper;
unsigned int regdata[2];
char str[30];
/*获取设备树中的属性数据*/
/*1.获取设备节点：boyee_led*/
led_nd = of_find_node_by_path("/boyee_led");
if(led_nd == NULL)
{
printk("boyee_led node not find\r\n");
}
else
{
printk("boyee_led node find\r\n");
}
/*2.获取compatible属性内容*/
proper = of_find_property(led_nd,"compatible",NULL);
if(proper == NULL)
{
printk("compatible property find failed\r\n");
}
else
{
printk("compatible =%s\r\n",(char *)proper->value);
}
/*3.获取status属性内容*/
res = of_property_read_string(led_nd,"status",&str);
if(res < 0)
{
printk("status read failed\r\n");
}
else
{
printk("status =%s\r\n",str);
}
/*4.获取reg属性内容*/
res = of_property_read_u32_array(led_nd,"reg",regdata,2);
if(res <0 )
{
printk("reg property read failed\r\n");
}
else
{
printk("regdata[0]=%x\r\n",regdata[0]);
printk("regdata[1]=%x\r\n",regdata[1]);
}
/*注册杂项设备驱动*/
res = misc_register(&led_miscdev);
printk(KERN_ALERT"led_init %d\n",res);
/*通过物理地址，得到寄存器的虚拟地址*/
virt_addr =(volatile unsigned long )ioremap(regdata[0],regdata[1]);
/*对芯片寄存器操作，输出IO使能*/
PIO_PER |= LED1 | LED2;
PIO_MDDR |= LED1 | LED2;
PIO_OER |= LED1 | LED2;
PIO_OWDR |= LED1 | LED2;
PIO_CODR |= LED1 | LED2;
return res;
}
static void __exit led_exit(void)
{
/*释放杂项设备*/
misc_deregister(&led_miscdev);
/*取消虚拟地址映射*/
iounmap((unsigned long *)virt_addr);
printk(KERN_ALERT"led_exit\r\n");
}
/*驱动模块的加载和卸载入口*/
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("boyee");
MODULE_DESCRIPTION("control output led");
四.编译测试
编译驱动生成xx.ko，insmod驱动，编写测试APP、Makefile，运行测试APP，查看现象。
