一、什么是设备树？
设备树(Device Tree)，将这个词分开就是“设备”和“树”，描述设备树的文件叫做 DTS(Device Tree Source)，这个 DTS 文件采用树形结构描述板级设备，也就是开发板上的设备信息，比如 CPU 数量、内存基地址、IIC 接口上接了哪些设备、SPI 接口上接了哪些设备等等，如下图所示：
在上图中，树的主干就是系统总线，IIC 控制器、GPIO 控制器、SPI 控制器等都是接到系统主线上的分支。IIC 控制器有分为 IIC1 和 IIC2 两种，其中 IIC1 上接了 FT5206 和 AT24C02这两个 IIC 设备，IIC2 上只接了 MPU6050 这个设备。
二、DTS、DTB和DTC
设备树源文件扩展名为.dts，然而在Linux内核移植过程中，我们发现设备树移植的是.dtb文件。那DTS和DTB有什么关系呢？DTS 是设备树源码文件，DTB 是将 DTS 编译以后得到的二进制文件。将.c 文件编译为.o 需要用到 gcc 编译器，那么将.dts 编译为.dtb需要什么工具呢？需要用到 DTC 工具！
如何生成DTS？
要编译 DTS 文件的话只需要进入到 Linux 源码根目录下，然后执行如下命令：
make dtbs
三、设备树LED驱动原理
我们使用设备树来向 Linux 内核传递相关的寄存器物理地址，Linux 驱动文件使用 OF 函数从设备树中获取所需的属性值，然后使用获取到的属性值来初始化相关的 IO。实验重点内容如下：
① 在 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件中创建相应的设备节点。
② 编写驱动程序，获取设备树中的相关属性值。
③ 使用获取到的有关属性值来初始化 LED 所使用的 GPIO。
四、设备树常用OF操作函数
1、查找节点的OF函数
设备都是以节点的形式“挂”到设备树上的，因此要想获取这个设备的其他属性信息，必须先获取到这个设备的节点。Linux 内核使用 device_node 结构体来描述一个节点，此结构体定义在文件 include/linux/of.h 中，定义如下：
struct device_node {
const charname; /节点名字 */
const chartype; /设备类型 */
phandle phandle;
const charfull_name; /节点全名 */
struct fwnode_handle fwnode;
struct propertyproperties; /属性 */
struct propertydeadprops; /removed 属性 */
struct device_nodeparent; /父节点 */
struct device_nodechild; /子节点 */
struct device_node *sibling;
struct kobject kobj;
unsigned long _flags;
void *data;
#if defined(CONFIG_SPARC)
const char *path_component_name;
unsigned int unique_id;
struct of_irq_controller *irq_trans;
#endif
};
（1）of_find_node_by_name函数
of_find_node_by_name 函数通过节点名字查找指定的节点，函数原型如下：
struct device_node *of_find_node_by_name(struct device_node *from,
const char *name);
函数参数和返回值含义如下：
from:开始查找的节点，如果为 NULL 表示从根节点开始查找整个设备树。
name:要查找的节点名字。
返回值：找到的节点，如果为 NULL 表示查找失败。
（2）of_find_node_by_path 函数
of_find_node_by_path 函数通过路径来查找指定的节点，函数原型如下：
inline struct device_node *of_find_node_by_path(const char *path)
函数参数和返回值含义如下：
path:带有全路径的节点名，可以使用节点的别名，比如“/backlight”就是 backlight 这个节点的全路径。
返回值：找到的节点，如果为 NULL 表示查找失败
2、提取属性值的OF函数
节点的属性信息里面保存了驱动所需要的内容，因此对于属性值的提取非常重要，Linux 内核中使用结构体 property 表示属性，此结构体同样定义在文件 include/linux/of.h 中，内容如下：
struct property {
charname; /属性名字/
int length; /属性长度 */
voidvalue; /属性值 */
struct propertynext; /下一个属性 */
unsigned long _flags;
unsigned int unique_id;
struct bin_attribute attr;
};
（1）of_find_property函数
of_find_property 函数用于查找指定的属性，函数原型如下：
property *of_find_property(const struct device_node *np,
const char *name,
int *lenp)
函数参数和返回值含义如下：
np：设备节点。
name：属性名字。
lenp：属性值的字节数
返回值：找到的属性
(2)of_property_read_u32_index函数
of_property_read_u32_index 函数用于从属性中获取指定标号的 u32 类型数据值(无符号 32 位)，比如某个属性有多个 u32 类型的值，那么就可以使用此函数来获取指定标号的数据值，此函数原型如下：
int of_property_read_u32_index(const struct device_node *np,
const char *propname,
u32 index, u32 *out_value)
函数参数和返回值含义如下：
np:设备节点。
propname:要读取的属性名字。
index:要读取的值标号。
out_value:读取到的值
返回值：0 读取成功，负值，读取失败，-EINVAL 表示属性不存在，-ENODATA 表示没有要读取的数据，-EOVERFLOW 表示属性值列表太小。
（3）of_property_read_string函数
of_property_read_string 函数用于读取属性中字符串值，函数原型如下：
int of_property_read_string(struct device_node *np, const char *propname, const char **out_string)
函数参数和返回值含义如下：
np:设备节点。
propname:要读取的属性名字。
out_string:读取到的字符串值。
返回值：0，读取成功，负值，读取失败。
3、其他常用的OF函数
（1）of_iomap 函数
of_iomap 函数用于直接内存映射，以前通过 ioremap 函数来完成物理地址到虚拟地址的映射，采用设备树以后就可以直接通过 of_iomap 函数来获取内存地址所对应的虚拟地址，不需要使用 ioremap 函数了。
void __iomem *of_iomap(struct device_node *np, int index)
函数参数和返回值含义如下：
np:设备节点。
index: reg 属性中要完成内存映射的段，如果 reg 属性只有一段的话 index 就设置为0。
返回值:经过内存映射后的虚拟内存首地址，如果为 NULL 的话表示内存映射失败。
五、实验程序编写
1、修改设备树文件
在根节点“/”下创建一个名为“alphaled”的子节点，打开 imx6ull-alientek-emmc.dts 文件，在根节点“/”最后面输入如下所示内容：
alphaled {#address-cells = <1>;#size-cells = <1>;compatible = "atkalpha-led";status = "okay";reg = < 0X020C406C 0X04 /* CCM_CCGR1_BASE */0X020E0068 0X04 /* SW_MUX_GPIO1_IO03_BASE */0X020E02F4 0X04 /* SW_PAD_GPIO1_IO03_BASE */0X0209C000 0X04 /* GPIO1_DR_BASE */0X0209C004 0X04 >; /* GPIO1_GDIR_BASE */};
第 2、3 行，属性#address-cells 和#size-cells 都为 1，表示 reg 属性中起始地址占用一个字长 (cell)，地址长度也占用一个字长(cell)。
第 4 行，属性 compatbile 设置 alphaled 节点兼容性为“atkalpha-led”。
第 5 行，属性 status 设置状态为“okay”。
第 6~10 行，reg 属性，非常重要！reg 属性设置了驱动里面所要使用的寄存器物理地址，比如第 6 行的“0X020C406C 0X04”表示 I.MX6ULL 的 CCM_CCGR1 寄存器，其中寄存器首地址为 0X020C406C，长度为 4 个字节。
设备树修改完成以后输入如下命令重新编译一下 imx6ull-alientek-emmc.dts：
make dtbs
编译完成以后得到 imx6ull-alientek-emmc.dtb，使用新的 imx6ull-alientek-emmc.dtb 启动Linux 内核。Linux 启动成功以后进入到/proc/device-tree/目录中查看是否有“alphaled”这个节点，结果如下图所示：
可以进入到图 44.3.1 中的 alphaled 目录中，查看一下都有哪些属性文件，结果如下图所示：
可以查看一下 compatible、status 等属性值是否和我们设置的一致。
2、LED驱动程序编写
#include <linux/types.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/delay.h>#include <linux/ide.h>#include <linux/init.h>#include <linux/module.h>#include <linux/errno.h>#include <linux/gpio.h>#include <linux/cdev.h>#include <linux/device.h>#include <linux/of.h>#include <linux/of_address.h>#include <asm/mach/map.h>#include <asm/uaccess.h>#include <asm/io.h>#define DTSLED_CNT1 /* 设备号个数 */#define DTSLED_NAME"dtsled"/* 名字 */#define LEDOFF 0/* 关灯 */#define LEDON 1/* 开灯 *//* 映射后的寄存器虚拟地址指针 */static void __iomem *IMX6U_CCM_CCGR1;static void __iomem *SW_MUX_GPIO1_IO03;static void __iomem *SW_PAD_GPIO1_IO03;static void __iomem *GPIO1_DR;static void __iomem *GPIO1_GDIR;/* dtsled设备结构体 */struct dtsled_dev{dev_t devid;/* 设备号 */struct cdev cdev;/* cdev */struct class *class;/* 类 */struct device *device;/* 设备 */int major;/* 主设备号 */int minor;/* 次设备号 */struct device_node*nd; /* 设备节点 */};struct dtsled_dev dtsled;/* led设备 *//** @description: LED打开/关闭* @param - sta : LEDON(0) 打开LED，LEDOFF(1) 关闭LED* @return : 无*/void led_switch(u8 sta){u32 val = 0;if(sta == LEDON) {val = readl(GPIO1_DR);val &= ~(1 << 3);writel(val, GPIO1_DR);}else if(sta == LEDOFF) {val = readl(GPIO1_DR);val|= (1 << 3);writel(val, GPIO1_DR);}}/** @description: 打开设备* @param - inode : 传递给驱动的inode* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。* @return : 0 成功;其他 失败*/static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp){filp->private_data = &dtsled; /* 设置私有数据 */return 0;}/** @description: 从设备读取数据 * @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)* @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区* @param - cnt : 要读取的数据长度* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移* @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败*/static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt){return 0;}/** @description: 向设备写数据 * @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符* @param - buf : 要写给设备写入的数据* @param - cnt : 要写入的数据长度* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移* @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败*/static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt){int retvalue;unsigned char databuf[1];unsigned char ledstat;retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);if(retvalue < 0) {printk("kernel write failed!\r\n");return -EFAULT;}ledstat = databuf[0];/* 获取状态值 */if(ledstat == LEDON) {led_switch(LEDON);/* 打开LED灯 */} else if(ledstat == LEDOFF) {led_switch(LEDOFF);/* 关闭LED灯 */}return 0;}/** @description: 关闭/释放设备* @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)* @return : 0 成功;其他 失败*/static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp){return 0;}/* 设备操作函数 */static struct file_operations dtsled_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = led_open,.read = led_read,.write = led_write,.release = led_release,};/** @description: 驱动出口函数* @param : 无* @return : 无*/static int __init led_init(void){u32 val = 0;int ret;u32 regdata[14];const char *str;struct property *proper;/* 获取设备树中的属性数据 *//* 1、获取设备节点：alphaled */dtsled.nd = of_find_node_by_path("/alphaled");if(dtsled.nd == NULL) {printk("alphaled node nost find!\r\n");return -EINVAL;} else {printk("alphaled node find!\r\n");}/* 2、获取compatible属性内容 */proper = of_find_property(dtsled.nd, "compatible", NULL);if(proper == NULL) {printk("compatible property find failed\r\n");} else {printk("compatible = %s\r\n", (char*)proper->value);}/* 3、获取status属性内容 */ret = of_property_read_string(dtsled.nd, "status", &str);if(ret < 0){printk("status read failed!\r\n");} else {printk("status = %s\r\n",str);}/* 4、获取reg属性内容 */ret = of_property_read_u32_array(dtsled.nd, "reg", regdata, 10);if(ret < 0) {printk("reg property read failed!\r\n");} else {u8 i = 0;printk("reg data:\r\n");for(i = 0; i < 10; i++)printk("%#X ", regdata[i]);printk("\r\n");}/* 初始化LED */#if 0/* 1、寄存器地址映射 */IMX6U_CCM_CCGR1 = ioremap(regdata[0], regdata[1]);SW_MUX_GPIO1_IO03 = ioremap(regdata[2], regdata[3]);SW_PAD_GPIO1_IO03 = ioremap(regdata[4], regdata[5]);GPIO1_DR = ioremap(regdata[6], regdata[7]);GPIO1_GDIR = ioremap(regdata[8], regdata[9]);#elseIMX6U_CCM_CCGR1 = of_iomap(dtsled.nd, 0);SW_MUX_GPIO1_IO03 = of_iomap(dtsled.nd, 1);SW_PAD_GPIO1_IO03 = of_iomap(dtsled.nd, 2);GPIO1_DR = of_iomap(dtsled.nd, 3);GPIO1_GDIR = of_iomap(dtsled.nd, 4);#endif/* 2、使能GPIO1时钟 */val = readl(IMX6U_CCM_CCGR1);val &= ~(3 << 26);/* 清楚以前的设置 */val |= (3 << 26);/* 设置新值 */writel(val, IMX6U_CCM_CCGR1);/* 3、设置GPIO1_IO03的复用功能，将其复用为* GPIO1_IO03，最后设置IO属性。*/writel(5, SW_MUX_GPIO1_IO03);/*寄存器SW_PAD_GPIO1_IO03设置IO属性*bit 16:0 HYS关闭*bit [15:14]: 00 默认下拉*bit [13]: 0 kepper功能*bit [12]: 1 pull/keeper使能*bit [11]: 0 关闭开路输出*bit [7:6]: 10 速度100Mhz*bit [5:3]: 110 R0/6驱动能力*bit [0]: 0 低转换率*/writel(0x10B0, SW_PAD_GPIO1_IO03);/* 4、设置GPIO1_IO03为输出功能 */val = readl(GPIO1_GDIR);val &= ~(1 << 3);/* 清除以前的设置 */val |= (1 << 3);/* 设置为输出 */writel(val, GPIO1_GDIR);/* 5、默认关闭LED */val = readl(GPIO1_DR);val |= (1 << 3);writel(val, GPIO1_DR);/* 注册字符设备驱动 *//* 1、创建设备号 */if (dtsled.major) {/* 定义了设备号 */dtsled.devid = MKDEV(dtsled.major, 0);register_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);} else {/* 没有定义设备号 */alloc_chrdev_region(&dtsled.devid, 0, DTSLED_CNT, DTSLED_NAME);/* 申请设备号 */dtsled.major = MAJOR(dtsled.devid);/* 获取分配号的主设备号 */dtsled.minor = MINOR(dtsled.devid);/* 获取分配号的次设备号 */}printk("dtsled major=%d,minor=%d\r\n",dtsled.major, dtsled.minor);/* 2、初始化cdev */dtsled.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&dtsled.cdev, &dtsled_fops);/* 3、添加一个cdev */cdev_add(&dtsled.cdev, dtsled.devid, DTSLED_CNT);/* 4、创建类 */dtsled.class = class_create(THIS_MODULE, DTSLED_NAME);if (IS_ERR(dtsled.class)) {return PTR_ERR(dtsled.class);}/* 5、创建设备 */dtsled.device = device_create(dtsled.class, NULL, dtsled.devid, NULL, DTSLED_NAME);if (IS_ERR(dtsled.device)) {return PTR_ERR(dtsled.device);}return 0;}/** @description: 驱动出口函数* @param : 无* @return : 无*/static void __exit led_exit(void){/* 取消映射 */iounmap(IMX6U_CCM_CCGR1);iounmap(SW_MUX_GPIO1_IO03);iounmap(SW_PAD_GPIO1_IO03);iounmap(GPIO1_DR);iounmap(GPIO1_GDIR);/* 注销字符设备驱动 */cdev_del(&dtsled.cdev);/* 删除cdev */unregister_chrdev_region(dtsled.devid, DTSLED_CNT); /* 注销设备号 */device_destroy(dtsled.class, dtsled.devid);class_destroy(dtsled.class);}module_init(led_init);module_exit(led_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
3、编写测试APP
#include "stdio.h"#include "unistd.h"#include "sys/types.h"#include "sys/stat.h"#include "fcntl.h"#include "stdlib.h"#include "string.h"#define LEDOFF 0#define LEDON 1/** @description: main主程序* @param - argc : argv数组元素个数* @param - argv : 具体参数* @return : 0 成功;其他 失败*/int main(int argc, char *argv[]){int fd, retvalue;char *filename;unsigned char databuf[1];if(argc != 3){printf("Error Usage!\r\n");return -1;}filename = argv[1];/* 打开led驱动 */fd = open(filename, O_RDWR);if(fd < 0){printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);return -1;}databuf[0] = atoi(argv[2]);/* 要执行的操作：打开或关闭 *//* 向/dev/led文件写入数据 */retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));if(retvalue < 0){printf("LED Control Failed!\r\n");close(fd);return -1;}retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */if(retvalue < 0){printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);return -1;}return 0;}
六、编译驱动程序和测试APP
1、编译驱动程序
编写 Makefile 文件，Makefile 内容如下所示：
KERNELDIR := /home/sh/Desktop/MUL/zimageCURRENT_PATH := $(shell pwd)obj-m := dtsled.oARCH=armCROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-build: kernel_moduleskernel_modules:$(MAKE) -j32 -C $(KERNELDIR) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) M=$(CURRENT_PATH) modulesclean:$(MAKE) -j32 -C $(KERNELDIR) ARCH=$(ARCH) CROSS_COMPILE=$(CROSS_COMPILE) M=$(CURRENT_PATH) clean
输入如下命令编译出驱动模块文件：
make
编译成功以后就会生成一个名为“dtsled.ko”的驱动模块文件。
（2）编译测试APP
arm-linux-gnueabihf-gcc ledApp.c -o ledApp
七、运行测试
将 dtsled.ko 和 ledApp 这两个文件拷贝到开发板，输入如下命令加载 dtsled.ko 驱动模块：
insmod dtsled.ko //加载驱动
驱动加载成功以后会在终端中输出一些信息，如下图所示：
从上图可以看出，alpahled 这个节点找到了，并且 compatible 属性值为“atkalpha-led”，status 属性值为“okay”，reg 属性的值为“0X20C406C 0X4 0X20E0068 0X4 0X20E02F4 0X4 0X209C000 0X4 0X209C004 0X4”，这些都和我们设置的设备树一致。
输入如下命令打开 LED 灯：
/ledApp /dev/dtsled 1 //打开 LED 灯
关闭 LED 灯：
./ledApp /dev/dtsled 0 //关闭 LED 灯
如果要卸载驱动的话输入如下命令即可：
rmmod dtsled.ko
