📚 课程目录第3章 Linux内核编译与设备树

第三章 Linux内核编译与设备树

说实话，很多做驱动的朋友，第一步就卡在内核编译上。不是编译不过，就是设备树写错了导致系统起不来。我当年在Zynq上栽的第一个跟头，就是设备树里一个GPIO的pinmux配错了，查了整整两天。

这一章，咱们就把内核编译和设备树这两个基本功彻底打通。你跟着我的路子走，能少踩不少坑。

3.1 获取Linux内核源码

Zynq平台主流的内核版本是4.x和5.x系列。我个人习惯用Xilinx官方维护的版本，因为对Zynq的硬件支持最全。

推荐源码获取方式：

Xilinx官方Git仓库：git://github.com/Xilinx/linux-xlnx.git
或者直接下载对应版本的tar包

拿到源码后，先切到稳定分支。我记得有一次图省事直接拉了master，结果编译出来的内核在板子上跑几分钟就panic。后来发现是某个驱动提交还没合入稳定版。

# 克隆Xilinx内核
git clone git://github.com/Xilinx/linux-xlnx.git
cd linux-xlnx

# 切换到稳定分支，比如xilinx-v2019.2
git checkout xilinx-v2019.2

3.2 配置内核

内核配置说白了就是告诉编译器：哪些功能要，哪些不要。Zynq有现成的默认配置，咱们直接拿来改就行。

配置命令	用途	我常用的场景
`make ARCH=arm xilinx_zynq_defconfig`	加载Zynq默认配置	第一次编译，先跑这个打底
`make ARCH=arm menuconfig`	图形化菜单配置	添加或删除某个驱动模块
`make ARCH=arm savedefconfig`	生成精简的defconfig	记录你的最终配置，方便复用

配置时要注意几个关键点：

CPU类型：选Cortex-A9（Zynq-7000系列）
设备驱动：把你要用的外设驱动选上，比如UART、I2C、SPI、GPIO
文件系统：至少支持ext4和initramfs

我的小技巧：第一次配置时，先加载defconfig，再用menuconfig搜索你需要的驱动。比如搜"GPIO"，把Zynq GPIO controller选上。这样不会漏东西。

3.3 编译内核与设备树

配置好了，就该编译了。Zynq是ARM架构，所以需要交叉编译工具链。

# 设置环境变量
export ARCH=arm
export CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf-

# 编译内核镜像
make -j4 UIMAGE_LOADADDR=0x8000 uImage

# 编译设备树
make -j4 dtbs

# 编译内核模块
make -j4 modules

这里有个坑，我必须要说。UIMAGE_LOADADDR=0x8000这个参数，很多人会忘。Zynq的BootROM要求内核加载地址是0x8000，不设的话，生成的uImage启动时会跑飞。

曾经踩过的坑：有一次我编译完内核，烧到SD卡里，上电后串口只打印了一行"Starting kernel..."就卡死了。查了半天，发现是忘了设UIMAGE_LOADADDR。从那以后，我每次编译前都先检查这个参数。

编译完成后，你会得到几个关键文件：

arch/arm/boot/uImage —— 内核镜像
arch/arm/boot/dts/zynq-zed.dtb —— 设备树二进制文件（以ZedBoard为例）
arch/arm/boot/zImage —— 未打包的内核

3.4 设备树语法基础

设备树（Device Tree）是Linux用来描述硬件信息的机制。说白了，就是告诉内核：板子上有哪些外设，它们挂在哪个地址上，用哪个中断。

咱们来看一个Zynq设备树的典型结构：

/dts-v1/;
#include "zynq-7000.dtsi"

/ {
    model = "Zynq ZedBoard";
    compatible = "xlnx,zynq-7000";

    chosen {
        bootargs = "console=ttyPS0,115200 root=/dev/mmcblk0p2 rw";
    };

    &uart1 {
        status = "okay";
    };

    &i2c0 {
        status = "okay";
        clock-frequency = <100000>;

        adxl345@53 {
            compatible = "adi,adxl345";
            reg = <0x53>;
            interrupt-parent = <&gpio0>;
            interrupts = <0 29 4>;
        };
    };
};

这段代码里，有几个关键概念：

/dts-v1/ —— 版本声明，必须写在第一行
#include —— 引用芯片级dtsi文件，里面定义了Zynq的CPU、内存、时钟等基础信息
/ { } —— 根节点，整个板子的硬件描述都放在这里
compatible —— 匹配字符串，内核通过它找到对应的驱动
&uart1 —— 引用dtsi里定义好的节点，然后覆盖它的属性

设备树的核心语法：

语法元素	说明	示例
节点	用`node-name@address`表示	`uart1@e0001000`
属性	`key = value;`	`reg = <0xe0001000 0x1000>;`
引用	用`&label`引用已有节点	`&gpio0 { ... };`
包含	`#include "file.dtsi"`	`#include "zynq-7000.dtsi"`

3.5 设备树编译与调试

写好的dts文件，需要编译成dtb才能被内核使用。

# 编译单个dts文件
dtc -I dts -O dtb -o myboard.dtb myboard.dts

# 反编译dtb，查看二进制内容
dtc -I dtb -O dts -o myboard.dts myboard.dtb

调试设备树时，我最常用的方法是：

在板子上挂载/sys/firmware/devicetree，直接看内核解析后的设备树
用ls /sys/firmware/devicetree/base查看所有节点
用cat /sys/firmware/devicetree/base/model查看具体属性值

曾经踩过的坑：有一次我写了一个I2C设备的节点，reg地址写成了0x53，但实际芯片地址是0x1A。结果内核一直报"i2c: adapter failed to register"。查了两天，最后用i2cdetect扫了一遍才发现地址写错了。所以，写设备树时一定要对照原理图确认地址。

3.6 本章知识体系

下面这张图，把内核编译和设备树的整体流程串起来了。你照着这个思路走，不会乱。

嗯，这一章的内容就这些。内核编译和设备树是驱动开发的基本功，你多练几次就熟了。记住，遇到问题先查设备树，八成问题都出在那里。