深入解析 Linux 内核如何解析和获取设备树属性

1. 引言

设备树（Device Tree, DT）是 Linux 内核用于描述硬件的平台抽象方式。设备树中的 属性（Properties） 存储了设备的配置信息，Linux 内核通过特定的 API 解析和读取这些属性，以正确初始化设备驱动。

本篇文章将详细讲解 Linux 内核如何解析设备树属性，并提供一个 标准内核模块代码 以及 对应的设备树配置，帮助你理解关键技术点。

2. 内核解析设备树的基本机制

Linux 内核解析设备树时，主要依赖 Flattened Device Tree (FDT) 解析框架，其核心组件包括：

• drivers/of/ 文件夹：存放设备树解析代码。
• of.h 头文件：定义了设备树 API。
• of_device.h 头文件：定义了 struct device_node 结构体。

2.1 设备树解析核心数据结构

（1）设备节点 struct device_node

struct device_node {
    const char *name;                // 设备节点名称
    struct property *properties;     // 指向该节点的属性列表
    struct device_node *parent;      // 父节点
    struct device_node *child;       // 子节点
    struct device_node *sibling;     // 兄弟节点
};

（2）设备树属性 struct property

struct property {
    char *name;      // 属性名
    int length;      // 属性值长度
    void *value;     // 指向属性值的指针
};

3. 如何在 Linux 设备驱动中解析设备树属性

Linux 提供了一系列 API 来解析设备树中的属性信息。常用 API 如下：

示例 1：解析 compatible 属性

struct device_node *np;
const char *compat;
np = of_find_node_by_path("/soc/i2c@40066000");
if (np) {
    if (of_property_read_string(np, "compatible", &compat) == 0) {
        pr_info("Compatible: %s\n", compat);
    }
}

说明：

• 通过路径 /soc/i2c@40066000 查找 I2C 设备节点。
• 读取 compatible 属性并打印。

4. 完整示例：解析设备树信息并注册字符设备驱动

4.1 设备树节点 (example.dts)

/example {
    compatible = "mydevice,example";
    example_device: example@0 {
        compatible = "myvendor,mydevice";
        reg = <0x1000 0x100>;
        example-property = <42>;
        example-string = "Hello, Device Tree";
    };
};

解析：

• compatible = "myvendor,mydevice";：用于驱动匹配。
• reg = <0x1000 0x100>;：设备寄存器信息。
• example-property = <42>;：自定义数值属性。
• example-string = "Hello, Device Tree";：自定义字符串属性。

4.2 内核驱动 (example_driver.c)

#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of.h>

static int example_probe(struct platform_device *pdev) {
    struct device_node *np = pdev->dev.of_node;
    u32 example_value;
    const char *example_str;
    
    if (!np)
        return -EINVAL;
    
    if (of_property_read_u32(np, "example-property", &example_value) == 0)
        pr_info("example-property: %d\n", example_value);
    
    if (of_property_read_string(np, "example-string", &example_str) == 0)
        pr_info("example-string: %s\n", example_str);
    
    return 0;
}

static const struct of_device_id example_of_match[] = {
    { .compatible = "myvendor,mydevice" },
    {},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, example_of_match);

static struct platform_driver example_driver = {
    .probe = example_probe,
    .driver = {
        .name = "example_driver",
        .of_match_table = example_of_match,
    },
};
module_platform_driver(example_driver);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Embedded Dev");
MODULE_DESCRIPTION("Example Device Tree Driver");

解析：

• example_probe()：驱动探测函数，解析设备树属性。
• of_property_read_u32() 和 of_property_read_string()：分别解析 example-property 和 example-string。
• example_of_match：设备树 compatible 匹配表。

4.3 设备树加载与测试

1. 编译设备树

   dtc -I dts -O dtb -o example.dtb example.dts
   

2. 加载设备树

   sudo cp example.dtb /boot/
   

3. 编译并加载驱动

   make -C /lib/modules/$(uname -r)/build M=$(pwd) modules
   sudo insmod example_driver.ko
   dmesg | grep example
   

5. 总结

• Linux 通过 struct device_node 解析设备树结构。
• 常用 API 如 of_property_read_u32() 读取设备树属性。
• 设备树 compatible 用于匹配驱动，驱动必须注册 of_match_table。
• 完整示例展示了如何编写标准内核模块并解析设备树信息。

这篇文章提供了一套完整、准确的 Linux 设备树解析方案，希望能帮助你深入理解 Linux 内核如何解析设备树属性！