Linux驱动如何管理设备树

Linux 驱动与设备树的管理机制

一 核心流程总览

• 构建与传递：板级描述使用 .dts/.dtsi 编写，经 dtc 编译为 .dtb；Bootloader（如 U‑Boot）将 DTB 物理地址 传递给内核入口（ARM64 通过 x0，ARM32 传统用 r2，RISC‑V 常用 a1）。内核早期使用 libfdt 做最小解析（如 chosen/bootargs、memory、reserved-memory），随后调用 unflatten_device_tree() 将 FDT 展开为内核的 struct device_node 树，并扫描 /aliases 建立稳定别名映射。
• 设备实例化：内核通过 of_platform_populate() 遍历带 compatible 的节点，在 /sys/devices/platform/ 下生成 platform_device；各总线桥接（如 I2C/SPI/MDIO/PCIe）在自身适配器就绪后，解析子节点生成对应的 i2c_client/spi_device 等设备对象。
• 驱动匹配与绑定：驱动通过 of_match_table 声明支持的 compatible 列表，注册时由内核按“最具体 → 最通用”的规则匹配节点，匹配成功后执行驱动的 probe() 完成硬件初始化与 sysfs 属性创建。

二 驱动侧如何读取设备树信息

• 匹配表与兼容性：在驱动中声明 of_device_id 表并使用 MODULE_DEVICE_TABLE(of, …)，驱动注册时与设备节点的 compatible 进行匹配，命中后进入 probe。
• 资源获取：用 of_address_to_resource()/platform_get_resource() 解析 reg 得到 struct resource，再用 devm_ioremap_resource() 映射寄存器；多区域可用 reg-names 区分并通过索引访问。
• 中断与时钟：用 of_irq_get() 将 interrupts 映射为 Linux irq 号；用 of_clk_get_by_name()/devm_clk_get() 获取并启用时钟；GPIO/引脚复用通过 gpios 与 pinctrl 子系统配合。
• 属性读取：常用 of_property_read_u32/u64/string() 系列读取整型/字符串属性；枚举子节点可用 of_get_child_count()/of_for_each_child_of_node()。

三 典型驱动绑定示例

• 平台驱动骨架（精简版）

#include <
    linux/module.h>
    
#include <
    linux/platform_device.h>
    
#include <
    linux/of.h>
    
#include <
    linux/of_address.h>
    
#include <
    linux/of_irq.h>
    
#include <
    linux/clk.h>


static const struct of_device_id mydev_dt_ids[] = {

    {
 .compatible = "vendor,mydev" }
,
    {
 /* sentinel */ }

}
    ;
    
MODULE_DEVICE_TABLE(of, mydev_dt_ids);


static int mydev_probe(struct platform_device *pdev)
{
    
    struct device_node *np = pdev->
    dev.of_node;
    
    struct resource res;
    
    void __iomem *base;
    
    int irq, ret;
    
    struct clk *clk;
    

    /* 1) 地址映射 */
    ret = of_address_to_resource(np, 0, &
    res);
    
    if (ret) return ret;
    
    base = devm_ioremap_resource(&
    pdev->
    dev, &
    res);
    
    if (IS_ERR(base)) return PTR_ERR(base);
    

    /* 2) 中断 */
    irq = of_irq_get(np, 0);
    
    if (irq <
     0) return irq;
    

    /* 3) 时钟 */
    clk = devm_clk_get(&
    pdev->
    dev, NULL);
    
    if (IS_ERR(clk)) return PTR_ERR(clk);
    
    ret = clk_prepare_enable(clk);
    
    if (ret) return ret;
    

    /* TODO: 硬件初始化，注册字符/网络/其他接口 */

    dev_info(&
    pdev->
    dev, "mydev probed @ %pa, irq %d\n", &
    res.start, irq);
    
    return 0;

}


static int mydev_remove(struct platform_device *pdev)
{
    
    /* TODO: 关闭时钟、资源释放 */
    return 0;

}


static struct platform_driver mydev_driver = {

    .driver = {

        .name = "mydev",
        .of_match_table = mydev_dt_ids,
    }
,
    .probe = mydev_probe,
    .remove = mydev_remove,
}
    ;
    
module_platform_driver(mydev_driver);
    
MODULE_LICENSE("GPL");
    

• 总线设备举例
  • I2C 设备：控制器驱动注册 i2c_adapter 后，调用 of_i2c_register_devices() 解析总线子节点生成 i2c_client，按 compatible 触发对应 I2C 驱动 probe。
  • SPI 设备：控制器就绪后，调用 spi_of_register_spi_devices() 生成 spi_device 并绑定 SPI 驱动。

四 构建 传递 与 动态管理

• 构建与部署：在内核树中编写 .dts/.dtsi，使用 make dtbs 生成 .dtb；将 Image + DTB [+ initramfs] 放入存储并在 Bootloader 中加载与传递。
• 启动期修补：Bootloader 可更新 /chosen/bootargs、/chosen/stdout-path、内存/保留区、MAC/SN 等，必要时叠加 Overlay（.dtbo） 实现增量配置。
• 动态覆盖：系统运行时可通过 configfs/sysfs 接口加载 .dtbo，调用 of_overlay_apply() 合并到主设备树并触发受影响设备重新枚举，常用于扩展板、插件化外设场景。

五 调试与最佳实践

• 查看与核对：用 /proc/device-tree/ 浏览展开后的节点与属性；用 of_node_full_name()/of_find_node_by_path() 在代码中定位节点；确认 status = “okay” 才会被枚举。
• 资源与时钟：优先使用 devm_* 系列资源管理；对 reg/interrupts/clocks/reg-names 做完备性与边界检查；必要时在 probe 中验证关键资源可用性。
• 绑定策略：在 of_match_table 中按“最具体 → 最通用”排序；为可复用外设提供通用兼容字符串，便于多平台共享驱动。
• 可维护性：公共片段放入 .dtsi，通过 #include 复用；板级差异集中在 .dts；使用 aliases 提供稳定设备名；对可选节点使用 status 控制启用状态。

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