📚 课程目录第3章设备树基础概念

3. 设备树基础概念

在 Android 内核与设备树平台适配中，设备树（Device Tree）承担着“把硬件描述从内核代码中剥离出来”的关键角色。它让同一份内核镜像可以适配不同主板、不同外设组合，而无需为每种硬件重新编译内核。要真正读懂并修改设备树，必须先掌握 DTS、DTSI、DTB、DTC、节点、属性、phandle、compatible 这八个核心术语。它们不是孤立概念，而是从源码到二进制、从描述到匹配的一条完整链路。

一、核心术语与整体关系

设备树的处理流程可以概括为：开发者编写 DTS/DTSI 源文件，由 DTC 编译成 DTB 二进制文件，Bootloader 将 DTB 传给内核，内核解析后依据节点、属性、compatible 和 phandle 完成驱动匹配与设备初始化。下面这张图展示了它们之间的数据流与依赖关系。

二、DTS 与 DTSI：源码层的分工

DTS（Device Tree Source）是板级设备树源文件，通常一个具体产品对应一个 .dts 文件，例如 rk3568-evb.dts。它描述这块板子上实际存在的外设、引脚、时钟、电源等。DTSI（Device Tree Source Include）则是可被包含的公共描述文件，通常由 SoC 厂商提供，例如 rk3568.dtsi，里面定义了 CPU、GIC、UART、I2C 等 SoC 内部控制器。板级 DTS 通过 #include 引入 DTSI，再对差异部分做覆盖或追加。

// rk3568-evb.dts
#include "rk3568.dtsi"
#include "rk3568-android.dtsi"

/ {
    model = "Rockchip RK3568 EVB";
    compatible = "rockchip,rk3568-evb", "rockchip,rk3568";

    chosen {
        bootargs = "console=ttyFIQ0 androidboot.hardware=rk30board";
    };
};

&uart2 {
    status = "okay";
    pinctrl-0 = <&uart2m0_xfer>;
};

这种“DTSI 提供共性、DTS 描述差异”的分层方式，是 Android 设备树适配中最常见的组织模式。它既减少了重复，又让板级差异一目了然。

三、DTC 与 DTB：从源码到二进制

DTC（Device Tree Compiler）是设备树编译器，负责把人类可读的 DTS/DTSI 编译成内核可解析的 DTB（Device Tree Blob）二进制格式。Android 构建系统中，DTC 通常由内核构建脚本自动调用，也可以手动执行：

# 手动编译
dtc -I dts -O dtb -o rk3568-evb.dtb rk3568-evb.dts

# 反编译 DTB 为 DTS，便于排查
dtc -I dtb -O dts -o dump.dts rk3568-evb.dtb

DTB 不是普通二进制，它采用扁平化设备树（Flattened Device Tree）结构，包含头部、内存保留区、结构块和字符串块。Bootloader 将 DTB 加载到内存并传给内核，内核在启动早期解析它，进而创建 platform_device 并触发驱动 probe。

提示：Android 中 DTB 可能被附加在内核镜像之后，也可能独立分区存放。不同平台（高通、瑞芯微、联发科）的打包方式不同，适配时要先确认 DTB 的实际加载位置。

四、节点、属性、phandle 与 compatible

节点（node）是设备树的基本单元，用花括号表示层级，例如 i2c@fe5c0000 { ... }。节点可以嵌套，形成树形结构，根节点是 /。属性（property）是节点内的键值对，描述该节点的特征，例如 reg、interrupts、status、clocks。属性值可以是字符串、整数、数组、空值或字节序列。

phandle 是节点的一个唯一数字标识，用于让其他节点引用它。设备树中常通过 phandle 或 linux,phandle 实现跨节点引用，例如一个设备节点引用它的时钟控制器或中断控制器。compatible 是最重要的属性之一，它是一个字符串列表，格式通常为 "厂商,型号"，内核用它来匹配对应的驱动。匹配时从最具体到最通用依次尝试。

术语	作用	典型示例
DTS	板级设备树源文件，描述具体产品硬件	`rk3568-evb.dts`
DTSI	SoC 公共描述文件，被 DTS 包含	`rk3568.dtsi`
DTC	设备树编译器，DTS 转 DTB	`dtc -I dts -O dtb`
DTB	二进制设备树，由 Bootloader 传给内核	`rk3568-evb.dtb`
节点	设备树的基本单元，可嵌套形成层级	`i2c@fe5c0000`
属性	节点内的键值对，描述硬件特征	`status = "okay"`
phandle	节点唯一标识，用于跨节点引用	`phandle = <0x1a>`
compatible	驱动匹配关键字，决定加载哪个驱动	`"rockchip,rk3568-i2c"`

五、案例场景：一个 I2C 触摸屏的适配

假设要在 RK3568 平台上适配一款 I2C 触摸屏，典型设备树片段如下：

&i2c3 {
    status = "okay";
    clock-frequency = <400000>;

    touchscreen@38 {
        compatible = "goodix,gt911";
        reg = <0x38>;
        interrupt-parent = <&gpio3>;
        interrupts = <RK_PB5 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>;
        reset-gpios = <&gpio3 RK_PB6 GPIO_ACTIVE_LOW>;
        irq-gpios = <&gpio3 RK_PB5 GPIO_ACTIVE_HIGH>;
        status = "okay";
    };
};

这里 compatible = "goodix,gt911" 会触发内核中 goodix 触摸驱动 probe；reg = <0x38> 告诉 I2C 控制器从机地址；interrupt-parent 和 interrupts 通过 phandle 引用 GPIO 控制器，完成中断映射。如果 compatible 写错，驱动不会加载，触摸屏就不会工作。

常见误区：很多初学者只改 DTS 却忘记确认 DTSI 中对应控制器是否已使能，或者把 status 写成 "ok" 而不是 "okay"。设备树中只有 "okay" 和 "disabled" 是标准状态值，拼写错误会导致节点被忽略。

六、复盘与排查思路

当设备树适配出现问题时，可以按以下顺序排查：

确认 DTS 是否被正确包含进构建，DTB 是否重新生成。
用 dtc -I dtb -O dts 反编译实际 DTB，检查节点和属性是否与预期一致。
检查 compatible 是否与驱动中的 of_device_id 表匹配。
检查 status 是否为 "okay"，父节点是否使能。
检查 phandle 引用是否指向正确的控制器，GPIO、时钟、中断是否配置完整。
通过 /proc/device-tree 或 /sys/firmware/devicetree 查看内核实际解析结果。

掌握这八个术语，就掌握了设备树适配的“语言”。后续无论是添加外设、修改引脚，还是排查驱动不加载的问题，都能沿着 DTS → DTC → DTB → 内核解析 → compatible 匹配这条链路快速定位。