Day 15–16 · Device Tree 深度与 Overlay¶

预计时长：2 小时 / 天，共 4 小时
类型：理论 + 代码阅读

做什么¶

你已经接触过 DTS，今天要加深：of_match_table 的完整匹配机制、驱动中各类 OF API 的用法、YAML binding 文档格式、以及 DT Overlay 的使用场景（对 H618 和快速迭代开发非常有用）。

要了解什么¶

1. `compatible` 的格式惯例¶

/* 格式：vendor,device[-variant] */
compatible = "nxp,imx6ul-gpio";        /* NXP 的 imx6ul GPIO */
compatible = "arm,pl011";              /* ARM PrimeCell UART */
compatible = "simple-bus";             /* 通用总线，无需专属驱动 */

/* 多个值：从最具体到最通用（降级匹配）*/
compatible = "myvendor,spi-flash-v2", "jedec,spi-nor";
/* 驱动先尝试匹配 v2，失败则尝试通用 jedec 驱动 */

2. 驱动中常用 OF API¶

#include <linux/of.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>

/* 读取属性值 */
u32 val;
of_property_read_u32(np, "clock-frequency", &val);

const char *str;
of_property_read_string(np, "label", &str);

u32 arr[4];
of_property_read_u32_array(np, "reg", arr, 4);

/* 检查属性是否存在（bool 属性）*/
bool flag = of_property_read_bool(np, "wakeup-source");

/* 获取 GPIO */
struct gpio_desc *gpiod;
gpiod = devm_gpiod_get(&pdev->dev, "reset", GPIOD_OUT_LOW);
/* 对应 DTS 中的 reset-gpios = <&gpio1 5 GPIO_ACTIVE_LOW>; */

/* 获取中断 */
int irq = of_irq_get(np, 0);  /* 或 platform_get_irq(pdev, 0) */

/* 遍历子节点 */
struct device_node *child;
for_each_child_of_node(np, child) {
    /* 处理每个子节点 */
    of_node_put(child);  /* 用完要 put */
}
/* 或用安全版本（遍历中可 break）*/
for_each_available_child_of_node(np, child) { ... }

3. YAML Binding 文档¶

现代内核（5.x+）要求为每个 DTS 节点类型写 YAML binding 文档，放在 Documentation/devicetree/bindings/ 下，用 dt-schema 工具验证。

# Documentation/devicetree/bindings/leds/myvendor,my-led.yaml
%YAML 1.2
---
$id: http://devicetree.org/schemas/leds/myvendor,my-led.yaml#
$schema: http://devicetree.org/meta-schemas/core.yaml#

title: MyVendor LED Controller

properties:
  compatible:
    const: myvendor,my-led

  reg:
    maxItems: 1

  gpios:
    description: GPIO controlling the LED
    maxItems: 1

  label:
    description: LED label for sysfs

required:
  - compatible
  - gpios

additionalProperties: false

examples:
  - |
    my_led: led@0 {
        compatible = "myvendor,my-led";
        gpios = <&gpio1 5 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        label = "status";
    };

验证：

make dt_binding_check DT_SCHEMA_FILES=Documentation/devicetree/bindings/leds/myvendor,my-led.yaml

4. DT Overlay：运行时修改设备树¶

DT Overlay 允许在系统运行时动态加载/卸载设备树片段，而不需要重启。在 H618 的 SBC 板子上修改外设配置时极其有用（类似树莓派的 config.txt overlays）。

/* my-i2c-sensor.dts （overlay 格式）*/
/dts-v1/;
/plugin/;

&i2c1 {
    /* 向已有的 i2c1 节点添加子节点 */
    my_sensor: sensor@48 {
        compatible = "ti,tmp102";
        reg = <0x48>;
    };
};

# 编译 overlay
dtc -@ -I dts -O dtb -o my-i2c-sensor.dtbo my-i2c-sensor.dts
# -@ 选项保留符号，供 overlay 引用父树节点

# 在运行中加载（需要 CONFIG_OF_OVERLAY=y）
mkdir /sys/kernel/config/device-tree/overlays/my_sensor
cat my-i2c-sensor.dtbo > /sys/kernel/config/device-tree/overlays/my_sensor/dtbo
# 卸载
rmdir /sys/kernel/config/device-tree/overlays/my_sensor

练习¶

[ ] 在 imx6ull DTS 中找到 fsl,imx6ul-iomuxc 节点，理解 fsl,pins 属性的格式（引脚复用配置）
[ ] 写一个最小 DT Overlay，在 QEMU 的 virt 平台上添加一个 my,platform-demo 节点（Week 2 的驱动），编译 dtbo 并加载，验证驱动 probe 被调用
[ ] 阅读 Documentation/devicetree/bindings/gpio/gpio.txt，理解 GPIO specifier 格式（<&gpio1 5 GPIO_ACTIVE_LOW> 各字段含义）
[ ] 用 dtc -I dtb -O dts 把已有的 imx6ull DTB 反编译回 DTS 阅读，找到 UART1 节点，理解 pinctrl-0 和 pinctrl-names 的关系

延伸阅读¶

资料	具体位置	说明
Mastering Embedded Linux Programming Simmonds	Ch.3 "All About Bootloaders" & Ch.11 "Interfacing with Device Drivers"	DTS 实战，覆盖 overlay
《嵌入式 Linux 设备驱动程序开发》Alberto Liberal	第 5 章	DTS 深度，含 binding 文档写法
内核文档	`Documentation/devicetree/usage-model.rst`	DTS 使用模型官方文档
内核文档	`Documentation/devicetree/bindings/`	所有 binding 的参考实例
devicetree.org	https://www.devicetree.org/specifications/	DTS 规范原文（PDF）

Day 17–18 · 中断子系统全链路¶

预计时长：2 小时 / 天，共 4 小时
类型：理论（核心知识点）

做什么¶

搞清楚从硬件中断信号到你的 irq_handler 函数的完整调用链，以及中断处理的上下文限制（这些限制是驱动 bug 的最大来源之一）。

要了解什么¶

1. 中断的完整路径¶

外设产生中断信号
       │
       ▼
  GIC（通用中断控制器）
  汇集所有中断源，分配优先级，路由到 CPU
       │
       ▼
  CPU 跳转到异常向量表（arch/arm/kernel/entry-armv.S）
       │
       ▼
  内核通用中断入口（handle_IRQ）
       │
       ▼
  IRQ Domain 查表（硬件 IRQ 号 → Linux virtual IRQ 号）
       │
       ▼
  中断描述符（irq_desc）→ 调用 irq_handler_t
       │
       ▼
  你的 irq_handler 函数

2. IRQ Domain：硬件中断号 vs 虚拟中断号¶

不同硬件的中断号编号方式不同（GIC、PIC、GPIO 中断控制器各有各的编号）。IRQ Domain 做翻译：

/* 硬件给 GIC 的中断号（hwirq）→ Linux 内核的软件中断号（virq）*/
/* 驱动无需关心这个翻译，platform_get_irq() 直接返回 virq */
int irq = platform_get_irq(pdev, 0);

3. 注册中断处理函数¶

/* 标准注册 */
ret = request_irq(irq, my_handler, IRQF_SHARED, "my-dev", priv);

/* devm 版本（推荐）*/
ret = devm_request_irq(&pdev->dev, irq, my_handler,
                       IRQF_TRIGGER_RISING, dev_name(&pdev->dev), priv);

/* 中断处理函数签名 */
static irqreturn_t my_handler(int irq, void *dev_id)
{
    struct my_priv *priv = dev_id;
    // 读硬件寄存器，清中断标志
    // 唤醒等待队列 or 调度 workqueue 做后续处理
    return IRQ_HANDLED;  // 或 IRQ_NONE（不是我的中断）
}

常用 flags： - IRQF_SHARED：共享中断线（多设备共用一个 IRQ） - IRQF_TRIGGER_RISING/FALLING/HIGH/LOW：触发方式 - IRQF_ONESHOT：配合线程化中断，处理完前不重新使能

4. 中断上下文的严格限制¶

中断处理函数在中断上下文（硬中断上下文）中运行：

操作	硬中断上下文	软中断上下文	进程上下文
`kmalloc(GFP_KERNEL)`	❌	❌	✅
`kmalloc(GFP_ATOMIC)`	✅	✅	✅
`msleep()` / `schedule()`	❌	❌	✅
`mutex_lock()`	❌	❌	✅
`spin_lock()`	✅	✅	✅
`spin_lock_irqsave()`	✅（必须）	✅	✅

如何判断当前是否在中断上下文： in_interrupt()（不推荐直接用，内核代码更多靠设计避免）

5. 下半部机制选择¶

机制	运行上下文	可睡眠	适用场景
软中断（softirq）	软中断上下文	❌	网络、块设备（内核开发者用）
`tasklet`	软中断上下文	❌	轻量、不睡眠的下半部
`workqueue`	内核线程（进程上下文）	✅	需要睡眠、分配内存的下半部
线程化中断（threaded IRQ）	内核线程	✅	现代推荐，最简单

现代推荐做法：用 request_threaded_irq（或 devm_request_threaded_irq）：

ret = devm_request_threaded_irq(&pdev->dev, irq,
    my_hard_handler,    /* 上半部：只做最少工作（清中断标志）*/
    my_thread_handler,  /* 下半部：在内核线程中运行，可以睡眠 */
    IRQF_ONESHOT,
    dev_name(&pdev->dev), priv);

/* 上半部 */
static irqreturn_t my_hard_handler(int irq, void *dev_id)
{
    /* 快速读取硬件状态，清除中断 pending 标志 */
    return IRQ_WAKE_THREAD;  /* 告诉内核唤醒线程处理函数 */
}

/* 下半部（线程中运行，可以睡眠）*/
static irqreturn_t my_thread_handler(int irq, void *dev_id)
{
    struct my_priv *priv = dev_id;
    /* 做复杂处理：读取大量数据、分配内存、更新数据结构 */
    return IRQ_HANDLED;
}

练习¶

[ ] 在 QEMU 的 shell 里执行 cat /proc/interrupts，理解每一列的含义（IRQ 号、CPU 亲和性、处理次数、描述）
[ ] 修改 platform_demo 驱动，如果 DTS 里有中断资源则注册 threaded IRQ，打印"IRQ registered"
[ ] 阅读 drivers/input/keyboard/gpio_keys.c，找到它的中断处理函数，理解它用的是 threaded IRQ 还是 workqueue
[ ] 用 echo 1 > /proc/irq/N/spurious（N 是某个 IRQ 号）观察虚假中断统计（在 QEMU 里操作）

延伸阅读¶

资料	具体位置	说明
《Linux 内核设计与实现》Robert Love	第 7–8 章	中断与中断处理、下半部
Linux Kernel Development Robert Love	Ch.7–8	英文原版同上
《深入理解 Linux 内核》Bovet & Cesati	第 4 章	中断和异常，最详细
Understanding the Linux Kernel Bovet	Ch.4 "Interrupts and Exceptions"	英文原版
内核文档	`Documentation/core-api/genericirq.rst`	IRQ domain 和通用中断框架
LWN.net	https://lwn.net/Articles/302043/	"Threaded interrupts"

Day 19–20 · Clock 框架与 Pinctrl 框架¶

预计时长：1.5 小时 / 天，共 3 小时
类型：理论

要了解什么¶

Clock 框架（CCF - Common Clock Framework）¶

imx6ull 有数十个时钟源，CCF 统一管理。

prepare/enable 两步设计的原因： - clk_prepare()：可能睡眠（某些时钟需要等待 PLL 锁定），不能在中断上下文调用 - clk_enable()：不睡眠，原子操作，可在中断上下文调用（但通常不推荐） - 实践中通常直接用 clk_prepare_enable()（两步合一）

struct clk *clk;

/* probe 中获取时钟 */
clk = devm_clk_get(&pdev->dev, "apb_pclk");  /* DTS 中的 clock-names */
if (IS_ERR(clk)) return PTR_ERR(clk);

/* 使能时钟（一般在 probe 末尾）*/
ret = clk_prepare_enable(clk);
if (ret) return ret;

/* 查询时钟频率 */
unsigned long rate = clk_get_rate(clk);
dev_info(&pdev->dev, "clock rate: %lu Hz\n", rate);

/* remove 中关闭 */
clk_disable_unprepare(clk);
/* 注意：如果用 devm_clk_get，时钟被 devm 管理但不会自动 disable，
   仍需手动 disable（或用 devm_clk_get_enabled）*/

DTS 对应写法：

my_peripheral: periph@12340000 {
    compatible = "myvendor,my-periph";
    reg = <0x12340000 0x1000>;
    clocks = <&ccm IMX6UL_CLK_UART1_IPG>, <&ccm IMX6UL_CLK_UART1_SERIAL>;
    clock-names = "ipg", "per";  /* 对应 devm_clk_get 的第二个参数 */
};

Pinctrl 框架¶

SOC 的引脚可以复用（同一个 PAD 可以是 GPIO、UART TX、SPI CLK 等），Pinctrl 管理这些复用配置。

/* imx6ull 风格的引脚配置 */
&iomuxc {
    pinctrl_uart1: uart1grp {
        fsl,pins = <
            MX6UL_PAD_UART1_TX_DATA__UART1_DCE_TX  0x1b0b1
            MX6UL_PAD_UART1_RX_DATA__UART1_DCE_RX  0x1b0b1
        >;
    };
};

&uart1 {
    pinctrl-names = "default";  /* 状态名 */
    pinctrl-0 = <&pinctrl_uart1>;  /* default 状态对应的引脚配置 */
    status = "okay";
};

驱动中不需要主动调用 pinctrl API——内核在 probe 时自动应用 default 状态。只有需要切换引脚状态（如 sleep 模式换引脚配置）时才需要：

struct pinctrl *pctl;
struct pinctrl_state *state_default, *state_sleep;

pctl = devm_pinctrl_get(&pdev->dev);
state_default = pinctrl_lookup_state(pctl, "default");
state_sleep   = pinctrl_lookup_state(pctl, "sleep");

pinctrl_select_state(pctl, state_sleep);  /* 切换到 sleep 状态 */

练习¶

[ ] 在 imx6ull DTS 中找 uart1 节点，追踪 pinctrl-0 引用的 pin group，理解每行 fsl,pins 的格式（PAD 宏 + 配置值）
[ ] 在 QEMU 的 shell 里查看 /sys/kernel/debug/clk/clk_summary（需要 CONFIG_DEBUG_FS=y 和 CONFIG_COMMON_CLK=y），理解时钟树结构
[ ] 阅读 drivers/clk/imx/clk-imx6ul.c，找到 UART1 时钟是如何定义在时钟树中的

延伸阅读¶

资料	具体位置	说明
内核文档	`Documentation/driver-api/clk.rst`	CCF 完整文档
内核文档	`Documentation/driver-api/pin-control.rst`	Pinctrl 框架文档
LWN.net	https://lwn.net/Articles/472998/	"The common clock framework"
Linux Device Driver Development Madieu	Ch.12 "Leveraging the Pinctrl Subsystem"	实战

Day 21 · 驱动上 imx6ull 真机¶

预计时长：2 小时
类型：真机实操

做什么¶

把 Week 2 写的字符设备驱动交叉编译，通过 NFS 网络文件系统加载到 imx6ull 真机。同时修改 DTS 添加一个自定义属性，体验完整的「改 DTS → 重编 dtb → U-Boot tftp 下载 → 验证」流程。

要了解什么¶

NFS 挂载根文件系统¶

NFS 是嵌入式开发最高效的方式：修改文件后无需烧录，直接在主机修改，板子立刻看到新文件。

# WSL2 主机安装 NFS 服务
sudo apt install nfs-kernel-server

# 创建 NFS 导出目录
sudo mkdir -p /nfs/imx6ull
sudo chown nobody:nogroup /nfs/imx6ull

# 编辑 /etc/exports
echo "/nfs/imx6ull *(rw,sync,no_subtree_check,no_root_squash)" | sudo tee -a /etc/exports
sudo exportfs -ra
sudo systemctl start nfs-kernel-server

# imx6ull U-Boot 启动参数（通过串口修改 bootargs）
setenv bootargs "console=ttymxc0,115200 root=/dev/nfs nfsroot=<主机IP>:/nfs/imx6ull,v3 ip=dhcp"

通过 tftp 下载内核和 DTB¶

# WSL2 安装 tftp 服务
sudo apt install tftpd-hpa
sudo mkdir -p /srv/tftp
sudo chown tftp:tftp /srv/tftp

# 把内核和 dtb 放入 tftp 目录
cp arch/arm/boot/zImage /srv/tftp/
cp arch/arm/boot/dts/nxp/imx6ull-14x14-evk.dtb /srv/tftp/

# imx6ull U-Boot 命令
setenv serverip <主机IP>
tftp ${loadaddr} zImage
tftp ${fdt_addr} imx6ull-14x14-evk.dtb
bootz ${loadaddr} - ${fdt_addr}

练习¶

[ ] 搭建 WSL2 NFS + tftp 环境，把 imx6ull 的根文件系统挂载到 /nfs/imx6ull
[ ] 交叉编译 chardev 驱动，insmod 到 imx6ull，dmesg 验证
[ ] 修改 imx6ull DTS，给 uart1 节点添加一个自定义属性 my-baudrate = <115200>，重编 DTB，在驱动中用 of_property_read_u32 读取并打印
[ ] 在 imx6ull 上运行 cat /proc/interrupts，对比 QEMU 和真机的差异

延伸阅读¶

资料	具体位置	说明
Embedded Linux Primer Hallinan	Ch.7 "Bootloaders" + Ch.12 "Embedded Development Environment"	NFS + tftp 开发环境搭建
Mastering Embedded Linux Programming Simmonds	Ch.8 "Introducing Buildroot"	根文件系统构建
i.MX6ULL 参考手册	Chapter 1 + Chapter on GPIO	NXP 官方文档，imx6ull 外设寄存器

Day 15–16 · Device Tree 深度与 Overlay¶

做什么¶

要了解什么¶

1. compatible 的格式惯例¶

2. 驱动中常用 OF API¶

3. YAML Binding 文档¶

4. DT Overlay：运行时修改设备树¶

练习¶

延伸阅读¶

Day 17–18 · 中断子系统全链路¶

做什么¶

要了解什么¶

1. 中断的完整路径¶

2. IRQ Domain：硬件中断号 vs 虚拟中断号¶

3. 注册中断处理函数¶

4. 中断上下文的严格限制¶

5. 下半部机制选择¶

练习¶

延伸阅读¶

Day 19–20 · Clock 框架与 Pinctrl 框架¶

要了解什么¶

Clock 框架（CCF - Common Clock Framework）¶

Pinctrl 框架¶

练习¶

延伸阅读¶

Day 21 · 驱动上 imx6ull 真机¶

做什么¶

要了解什么¶

NFS 挂载根文件系统¶

通过 tftp 下载内核和 DTB¶

练习¶

延伸阅读¶

1. `compatible` 的格式惯例¶