第二课 - 输入（按键）控制输出（LED）-设备树

在第一课中学习了如何安装NCS开发环境，以及如何新建一个工程，还有如何构建和下载到开发板。并运行了官方的LED闪烁例程。

设备树

我们继续跟着官方开发者学院的教程来学习第二课的课程。官方课程包含了以下几个知识点：

设备树

设备驱动模型

GPIO的通用API

个人觉得设备树应该算一个难点，因为对于没有接触过linux驱动开发的人员来说是一个全新的知识点。

设备树是一种树状结构。文件格式是*.dts

下面是一个示例 DTS 文件：

/dts-v1/;

/ {
    aliases {
        serial0 = &uart0;    // 别名 serial0 指向标签 uart0
    };

    soc {
        uart0: serial@ff000000 {  // 节点名称 serial@ff000000，标签 uart0
            compatible = "ns16550a";
            reg = <0xff000000 0x1000>;
        };
    };
};

设备树中有几个概念一定要搞清楚：节点名称，标签，别名和属性.

1. 节点名称（Node Name）

• 定义：每个设备树节点的唯一标识，通常由两部分组成：类型和地址（或其他标识符），格式为 @
  

示例：uart@ff000000 表示一个位于地址 0xff000000 的 UART 设备。

• 作用：唯一标识同一父节点下的子节点。

内核通过节点名称匹配驱动（结合 compatible 属性）。

• 规则：同一父节点下的子节点名称必须唯一。

地址部分（@ 后内容）可省略，但需保证名称唯一（如 i2c 控制器可能无需地址）。

2. 标签（Label）

• 定义：在节点定义前附加的符号，用于在设备树中方便地引用该节点，语法为 :

示例：uart0: serial@ff000000，标签 uart0 可被其他部分通过 &uart0 引用。

• 作用：简化节点引用，避免冗长的路径（如 /soc/serial@ff000000）。
  
  提高设备树源文件（.dts）的可读性和维护性。

• 规则：标签在整个设备树中必须唯一。

编译后（生成 .dtb 文件），标签会被替换为节点的全路径或 phandle，不会保留。

3. 别名（Aliases）

• 定义：在 aliases 节点中定义的全局简短名称，语法为 = &。

示例：aliases { serial0 = &uart0; }，通过 serial0 别名引用标签 uart0 对应的节点。

• 作用：提供稳定的设备标识符（如系统可能依赖 serial0 作为默认控制台）。
  
  运行时可通过别名快速查找设备（如内核使用 of_alias_get() 获取节点）。

• 规则：别名在 aliases 节点中定义，每个别名全局唯一。
  
  别名通常与标签结合使用，指向具体节点。

对比与关系

特性	节点名称	标签	别名
唯一性	同一父节点下唯一	全局唯一	全局唯一
语法	<type>@<address>	<label>:node{...}	aliases { name = &label; }
编译后保留	是	否（替换为路径或 phandle）	是（保留在 .dtb 中）
主要用途	节点标识与驱动匹配	设备树内部的便捷引用	运行时通过名称访问设备

总结

• 节点名称是硬件的唯一标识符。

• 标签简化设备树内部的引用，提高可读性。

• 别名提供全局的友好名称，用于运行时访问设备。

设备树的 绑定（Bindings）

设备树的 绑定（Bindings） 是描述设备树节点如何与硬件或驱动匹配的规范，通常以 YAML 文件 的形式定义。这些文件标准化了设备树节点的属性、约束和兼容性要求，帮助开发者正确描述硬件，并确保内核驱动能够正确匹配设备。以下是设备树绑定的核心概念和 YAML 文件的详细说明：

1. 绑定文件的作用

• 定义节点规范： 规定某个设备树节点（如传感器、外设控制器）需要哪些属性、子节点，以及它们的格式。

• 驱动匹配：通过 compatible 属性将设备树节点与内核驱动关联。

• 验证设备树：使用工具（如 dt-validate 和 dt-schema）检查设备树是否符合绑定的约束。

2. YAML 绑定文件的结构

一个典型的绑定文件包含以下部分：

1. 兼容性标识（compatible）
   
   定义设备节点的兼容性字符串，用于匹配驱动。

示例：

compatible:
  - const: "vendor,device-id"  # 必须的兼容性字符串
  - enum:                      # 可选的其他兼容性字符串
      - "vendor,device-v2"
      - "vendor,device-legacy"

1. 属性（properties）
   
   规定节点必须或可选的属性及其约束（类型、范围、描述等）。

properties:
  reg:
    description: "寄存器地址和长度"
    type: array
    items:
      - description: "基地址"
        type: int
      - description: "长度"
        type: int
  clock-frequency:
    description: "时钟频率（Hz）"
    type: int
    default: 1000000  # 默认值（可选）

1. 子节点（child nodes）
   
   定义子节点的要求和结构。

patternProperties:
  "^gpio-[a-z0-9]+$":  # 正则匹配子节点名称（如 gpio-led）
    type: object
    properties:
      label:
        type: string
      pin:
        type: int

1. 必需字段（required）
   
   标记必须存在的属性或子节点。

required:
  - reg
  - interrupts

1. 示例（examples）
   
   提供合法的设备树节点示例。

示例：

examples:
  - |
    mydevice@0 {
        compatible = "vendor,device-id";
        reg = <0x1000 0x100>;
        interrupts = <1 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>;
    };

1. 完整的 YAML 绑定示例

# 绑定文件：vendor,device-id.yaml
$schema: http://devicetree.org/meta-schemas/core.yaml#
title: Vendor Device Binding

description: >
  Documentation for Vendor's XYZ Device.

compatible:
  - const: "vendor,device-id"

properties:
  reg:
    description: "寄存器地址和长度"
    type: array
    items:
      - description: "基地址"
        type: int
      - description: "长度"
        type: int
    minItems: 1
    maxItems: 2

  clock-frequency:
    description: "设备时钟频率（Hz）"
    type: int
    default: 1000000

  interrupt-names:
    type: string
    enum: [ "tx", "rx", "error" ]

required:
  - reg
  - interrupts

examples:
  - |
    // 合法节点示例
    device@1000 {
        compatible = "vendor,device-id";
        reg = <0x1000 0x100>;
        interrupts = <1 IRQ_TYPE_EDGE_RISING>;
        clock-frequency = <2000000>;
    };