4. 使用设备树配置硬件

任务目标

在Zephyr项目中，通过设备树（Device Tree）描述硬件资源（如LED、UART、GPIO按键），并验证设备树配置能够正确生成对应的设备宏与访问接口。本案例以nRF52840 DK开发板为硬件目标，完成一个最小可复现的设备树配置与验证闭环。

环境与依赖

• Zephyr RTOS 3.4+，已安装west工具链
• 硬件：nRF52840 DK（或使用QEMU模拟同一SoC）
• 项目基础：已通过west init与west update完成Zephyr源码同步

实现步骤

在应用目录下创建boards/目录，为nRF52840 DK添加板级设备树覆盖文件。该文件在原始SoC设备树基础上，为GPIO0的引脚20（对应DK板载LED1）添加led标签，并声明一个gpio-keys节点用于按键输入。

关键完整代码

// 文件：boards/nrf52840dk_nrf52840.overlay
/ {
    leds {
        compatible = "gpio-leds";
        led0: led_0 {
            gpios = <&gpio0 20 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
            label = "Green LED";
        };
    };

    keys {
        compatible = "gpio-keys";
        button0: button_0 {
            gpios = <&gpio0 11 GPIO_ACTIVE_LOW>;
            label = "Button 1";
        };
    };
};

&gpio0 {
    status = "okay";
};

// 文件：src/main.c
#include <zephyr/kernel.h>
#include <zephyr/device.h>
#include <zephyr/drivers/gpio.h>
#include <zephyr/devicetree.h>

// 从设备树获取节点标识
#define LED0_NODE DT_ALIAS(led0)
#define BUTTON0_NODE DT_ALIAS(button0)

#if DT_NODE_HAS_STATUS(LED0_NODE, okay)
#define LED0_GPIO_LABEL DT_GPIO_LABEL(LED0_NODE, gpios)
#define LED0_GPIO_PIN DT_GPIO_PIN(LED0_NODE, gpios)
#define LED0_GPIO_FLAGS DT_GPIO_FLAGS(LED0_NODE, gpios)
#else
#error "LED0 node not found in device tree"
#endif

void main(void)
{
    const struct device *led_dev;
    const struct device *btn_dev;
    int ret;

    // 验证设备树节点已生成设备实例
    led_dev = device_get_binding(LED0_GPIO_LABEL);
    if (!led_dev) {
        printk("LED device not found\n");
        return;
    }

    btn_dev = device_get_binding(DT_GPIO_LABEL(BUTTON0_NODE, gpios));
    if (!btn_dev) {
        printk("Button device not found\n");
        return;
    }

    // 配置LED引脚为输出
    ret = gpio_pin_configure(led_dev, LED0_GPIO_PIN,
                             GPIO_OUTPUT_ACTIVE | LED0_GPIO_FLAGS);
    if (ret < 0) {
        printk("LED config failed: %d\n", ret);
        return;
    }

    // 配置按键引脚为输入
    ret = gpio_pin_configure(btn_dev,
                             DT_GPIO_PIN(BUTTON0_NODE, gpios),
                             GPIO_INPUT | DT_GPIO_FLAGS(BUTTON0_NODE, gpios));
    if (ret < 0) {
        printk("Button config failed: %d\n", ret);
        return;
    }

    // 验证：读取按键状态并控制LED
    while (1) {
        int val = gpio_pin_get(btn_dev, DT_GPIO_PIN(BUTTON0_NODE, gpios));
        gpio_pin_set(led_dev, LED0_GPIO_PIN, val ? 0 : 1);
        k_msleep(100);
    }
}

构建与运行

# 在应用目录下执行
west build -b nrf52840dk_nrf52840 .
west flash

验证方法与判定标准

构建成功且无#error触发，说明设备树节点被正确解析。烧录后观察：

• 按下DK板上的Button 1（P0.11），LED1（P0.20）点亮；松开后熄灭。
• 若使用QEMU，可通过west build -t run启动，串口输出无错误信息即通过。

该行为直接证明设备树中GPIO引脚编号、标志位与SoC实际引脚映射一致，且DT_ALIAS、DT_GPIO_LABEL等宏已从设备树生成有效配置。

常见问题

• 编译报错“node not found”：检查overlay文件名是否与west build -b指定的板型完全匹配（如nrf52840dk_nrf52840.overlay）。
• 引脚无响应：确认DK板丝印标注的Button 1对应P0.11，LED1对应P0.20；不同板卡版本可能引脚不同，以官方原理图为准。