在Linux中设备树是怎么和驱动程序联系起来的？

前言

DTS文件和内核驱动的联系通常是通过设备树机制实现的。设备树机制是一种描述系统硬件的数据结构，它以树形结构组织设备节点，并提供设备节点的属性信息，包括设备地址、中断号、寄存器地址等等。

在Linux内核启动时，内核会使用设备树机制自动加载设备驱动程序，并将设备节点和驱动程序进行匹配，从而实现设备驱动的自动加载和初始化。

什么是DTS？

设备树源码（Device Tree Source，DTS）是用来描述硬件设备信息的一种语言。它是一种中立的表示方式，用于描述硬件设备的物理特性、接口信息和驱动程序的相关信息等，与处理器架构和操作系统无关。设备树被广泛应用于嵌入式系统领域，特别是在使用Linux内核的嵌入式系统中。

设备树是一种树形结构的数据结构，通常使用.dts文件来描述。.dts文件包含了设备树节点和属性的定义，其中节点代表硬件设备，属性则包含了硬件设备的相关信息。设备树文件通常被编译成二进制格式（Device Tree Blob，DTB），并通过bootloader加载到内存中，供内核驱动程序解析使用。

设备树的作用是将硬件信息与软件驱动程序分离，可以使驱动程序更加灵活，适应多种硬件平台。使用设备树可以使内核代码更具可移植性，简化了内核的开发和维护，同时也方便了硬件厂商和系统集成商进行硬件设计和系统开发。

在Linux内核中，设备树被广泛应用于各种设备的驱动程序开发。在编写驱动程序时，我们通常需要通过解析设备树文件来获取硬件设备的相关信息，并使用内核提供的接口来控制硬件设备。

驱动是如何读取DTS文件的？

驱动程序可以通过内核提供的API来读取DTS文件中的节点和属性信息，以获取硬件设备的相关信息。在Linux内核中，驱动程序通常使用以下API来读取DTS文件：

of_find_node_by_name：通过节点名字查找节点，返回设备树节点的指针。

of_property_read_u32：读取DTS文件中的一个32位整数类型的属性值，并返回读取结果。

of_property_read_string：读取DTS文件中的一个字符串类型的属性值，并返回读取结果。

of_irq_get：获取设备的中断号。

of_clk_get：获取设备的时钟信息。

of_address_to_resource：获取设备的物理地址信息。

of_device_is_available：检查设备是否可用。

以上API是设备树节点和属性的读取接口，驱动程序可以通过这些接口来获取设备树中的信息，并根据需要进行操作。

在驱动程序中，通常会在设备初始化的过程中读取设备树中的节点和属性信息，根据这些信息初始化设备并设置相关参数。例如，一个LED驱动程序可以通过读取设备树中的GPIO节点来获取LED所连接的GPIO引脚信息，从而控制LED的亮灭。

这里以i.MX6ULL为例讲解一下驱动读取DTS的过程。

首先，我们需要在设备树中定义一个设备节点，该节点包含了LED的相关信息，如下所示：

&iomuxc {
    pinctrl_leds: ledsgrp {
        fsl,pins = <
            MX6UL_PAD_GPIO1_IO03__GPIO1_IO03 0x4001b0b0
        >;
    };

    leds {
        compatible = "gpio-leds";
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&pinctrl_leds>;
        led1 {
            gpios = <&gpio1 3 0>;
            label = "led1";
            default-state = "off";
        };
    };
};

在这个设备树节点中，我们首先定义了一个pinctrl组，该组用于定义LED的GPIO引脚，然后在设备树中定义了一个leds节点，该节点指定了与LED相关的设备信息，包括设备类型（compatible属性）、GPIO引脚配置（pinctrl属性）、设备节点名称（led1）、LED的GPIO编号（gpios属性）、LED的名称（label属性）和默认状态（default-state属性）。

接下来，我们需要在内核驱动程序中使用设备树中的设备节点信息来控制LED。在i.MX6ULL中，LED控制器驱动程序是通过LED框架来实现的，该驱动程序需要在probe函数中获取LED的GPIO配置信息，然后使用LED框架提供的接口来控制LED。

以下是一个简单的LED控制器驱动程序的示例代码，该驱动程序使用了设备树中定义的led1设备节点：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

static struct gpio_desc *led_gpio_desc;

static int myled_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct device_node *np = pdev->dev.of_node;
    struct led_classdev *led_cdev;
    int ret;

    // 从设备树中获取LED的GPIO配置
    led_gpio_desc = of_get_named_gpio_desc(np, "gpios", 0);
    if (!led_gpio_desc) {
        dev_err(&pdev->dev, "Failed to get GPIO\n");
        return -EINVAL;
    }

    // 将GPIO引脚设置为输出模式
    ret = gpio_direction_output(led_gpio_desc->gpio, 0);
    if (ret) {
        dev_err(&pdev->dev, "Failed to set GPIO direction\n");
        return ret;
    }

    // 注册LED设备
    led_cdev = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*led_cdev), GFP_KERNEL);
    if (!led_cdev) {
        dev_err(&pdev->dev, "Failed to allocate memory\n");
        return -ENOMEM;
    }

    led_cdev->name = "myled";
    led_cdev->brightness_set = led_brightness_set;
    led_cdev->max_brightness = 1;

    ret = devm_led_classdev_register(&pdev->dev, led_cdev);
    if (ret) {
        dev_err(&pdev->dev, "Failed to register LED device\n");
        return ret;
    }

    return 0;
}

static int myled_remove(struct platform_device *pdev)
{
    devm_led_classdev_unregister(&pdev->dev, &led_cdev);

    return 0;
}

static const struct of_device_id myled_of_match[] = {
    { .compatible = "gpio-leds" },
    {},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, myled_of_match);

static struct platform_driver myled_driver = {
    .driver = {
        .name = "myled",
        .of_match_table = myled_of_match,
    },
    .probe = myled_probe,
    .remove = myled_remove,
};

module_platform_driver(myled_driver);

MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("Driver for myled");
MODULE_LICENSE("GPL");

在probe函数中，我们首先从设备树中获取了LED的GPIO配置信息，然后将GPIO引脚设置为输出模式，接着注册了一个LED设备，并设置了该设备的名称（name属性）、亮度设置函数（brightness_set属性）和最大亮度值（max_brightness属性）。最后，我们通过调用devm_led_classdev_register函数将该LED设备注册到LED框架中。

在remove函数中，我们调用devm_led_classdev_unregister函数来注销已经注册的LED设备。

设备树文件通过定义设备节点来描述硬件设备信息，内核驱动程序可以通过解析设备树文件来获取硬件设备信息，并通过LED框架提供的接口来控制LED。