Linux DTS的应用及实践指南

什么是DTS

DTS(Device Tree Source)是Linux系统中用于描述硬件设备信息的一种数据结构，它通过一种树状结构来描述系统中的硬件设备及其连接关系。DTS最初由Open Firmware提出，后被广泛应用于嵌入式Linux系统中。

DTS的核心概念

1. 设备树组成

• DTS (Device Tree Source): 人类可读的设备树源文件
• DTC (Device Tree Compiler): 设备树编译器
• DTB (Device Tree Blob): 编译后的二进制设备树文件

2. 设备树基本结构

/dts-v1/;

/ {
    node1 {
        a-string-property = "A 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>; /* each number (cell) is a uint32 */
        child-node1 {
        };
    };
};

DTS的实际应用

1. 设备树编译流程

# 编译DTS为DTB
dtc -I dts -O dtb -o myboard.dtb myboard.dts

# 反编译DTB为DTS
dtc -I dtb -O dts -o myboard.dts myboard.dtb

2. 常用节点类型

• CPU节点: 描述处理器信息
• 内存节点: 描述内存布局
• 总线节点: 描述I2C、SPI等总线
• 设备节点: 描述具体设备

3. 典型设备节点示例

/* I2C控制器 */
i2c@1,0 {
    compatible = "acme,a1234-i2c-bus";
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <0>;
    reg = <1 0 0x1000>;
    rtc@58 {
        compatible = "maxim,ds1338";
        reg = <0x58>;
    };
};

/* GPIO控制器 */
gpio-controller@d4019000 {
    compatible = "marvell,88pm805-gpio";
    reg = <0xd4019000 0x1000>;
    #gpio-cells = <2>;
    gpio-controller;
};

DTS实践技巧

1. 覆盖机制(Overlay)

// base.dts
/ {
    fragment@0 {
        target = <&i2c1>;
        __overlay__ {
            status = "okay";
            pca9555: gpio@20 {
                compatible = "nxp,pca9555";
                reg = <0x20>;
                gpio-controller;
                #gpio-cells = <2>;
            };
        };
    };
};

2. 条件编译

#ifdef CONFIG_FEATURE_X
    feature-x {
        status = "okay";
    };
#else
    feature-x {
        status = "disabled";
    };
#endif

3. 调试技巧

# 查看当前设备树
ls /proc/device-tree/

# 查看特定节点属性
hexdump -C /proc/device-tree/node/property

# 内核启动参数添加设备树调试
bootargs="... earlycon console=ttyS0,115200 earlyprintk rootwait root=/dev/mmcblk0p2 drm.debug=0xf dtb=myboard.dtb"

常见问题解决

1. 设备树与驱动不匹配

症状: 驱动probe失败，内核日志显示"compatible"不匹配
解决: - 检查设备树中的compatible属性与驱动中的of_match_table是否一致 - 使用of_device_is_compatible()调试

2. 资源冲突

症状: 设备无法正常工作，内核日志显示资源申请失败
解决: - 检查reg属性是否与其他设备冲突 - 检查interrupts属性是否唯一 - 使用cat /proc/iomem和cat /proc/interrupts查看资源分配情况

3. 设备树语法错误

症状: dtc编译失败
解决: - 检查节点闭合是否正确 - 检查属性格式是否正确(字符串用引号，十六进制用尖括号) - 使用dtc -I dts -O dtb -o /dev/null your.dts快速验证语法

最佳实践建议

1. 模块化设计: 将公共部分提取为dtsi文件，通过include复用
2. 版本控制: 设备树文件应与内核版本一起管理
3. 文档注释: 为每个节点和关键属性添加注释
4. 验证流程: 每次修改后应在目标板上验证功能
5. 兼容性考虑: 保持向后兼容，避免破坏现有系统

进阶主题

1. 动态设备树: 运行时修改设备树的技术
2. ACPI与设备树: 在x86平台上使用设备树
3. 设备树与U-Boot: 如何通过U-Boot传递和修改设备树
4. 设备树单元测试: 自动化测试框架

通过掌握DTS的应用和实践，开发者可以更高效地管理嵌入式Linux系统中的硬件配置，提高系统的可移植性和可维护性。