4. 设备树（Device Tree）：从硬件描述到Bootloader解析

设备树，英文叫 Device Tree。说白了，它就是一份硬件配置清单。

你想想看，一个嵌入式系统里有多少外设？UART、I2C、SPI、GPIO、中断控制器、时钟...每个外设的地址、中断号、时钟频率都不一样。以前的做法是把这些信息硬编码在代码里，换一个板子就要改代码，非常痛苦。

设备树就是来解决这个问题的。它把硬件信息从代码里抽离出来，变成一份独立的数据结构。Bootloader 启动时，读这份数据，然后把信息传给内核。这样，同一份内核镜像就能适配不同的硬件平台。

4.1 设备树的作用与结构

设备树的作用，我总结为三点：

• 描述硬件： CPU、内存、总线、外设的地址、中断、时钟、DMA 等信息。
• 传递参数： 内核启动参数、内存大小、MAC 地址等运行时信息。
• 解耦硬件： 同一份内核镜像，通过不同的设备树文件，适配不同的板卡。

它的结构是一棵树。根节点是 /，下面挂 CPU、内存、总线，总线下面再挂外设。每个节点都有属性，属性就是键值对，用来描述硬件特征。

我举个例子，一个简单的设备树片段：

/ {
    model = "TI AM335x BeagleBone Black";
    compatible = "ti,am335x-bone-black", "ti,am335x-bone", "ti,am33xx";

    cpus {
        #address-cells = <1>;
        #size-cells = <0>;
        cpu@0 {
            compatible = "arm,cortex-a8";
            device_type = "cpu";
            reg = <0x0>;
        };
    };

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x10000000>;  /* 512 MB */
    };

    uart0: serial@44e09000 {
        compatible = "ti,am3352-uart", "ti,omap3-uart";
        reg = <0x44e09000 0x2000>;
        interrupts = <72>;
        clock-frequency = <48000000>;
    };
};

看到没？uart0 节点描述了 UART 的基地址、中断号、时钟频率。内核驱动读到这些信息，就知道怎么初始化这个串口了。

4.2 DTS / DTC / DTB 文件格式

这三个缩写，你肯定见过。它们的关系很简单：

工作流程是这样的：

1. 工程师写 .dts 文件。
2. 用 dtc 工具编译成 .dtb 文件。
3. Bootloader 把 .dtb 加载到内存，解析后传给内核。

编译命令很简单：

dtc -I dts -O dtb -o myboard.dtb myboard.dts

反过来，反编译 DTB 到 DTS 也常用：

dtc -I dtb -O dts -o myboard.dts myboard.dtb

另外，还有 .dtsi 文件，它是公共头文件。比如 am33xx.dtsi 定义了 AM335x 系列芯片的公共外设，不同板卡只需要 #include 它，然后覆盖或添加自己的节点。这样能减少重复代码。

4.3 如何在Bootloader中解析设备树

Bootloader 解析设备树，主要做三件事：

• 加载 DTB： 从存储介质（Flash、SD卡、网络）读到内存。
• 解析 DTB： 遍历节点，读取属性，获取硬件信息。
• 传递 DTB： 把 DTB 在内存中的地址告诉内核。

以 U-Boot 为例，它内置了 fdt 命令，可以直接操作设备树。

常用的 U-Boot 命令：

# 加载 DTB 到内存地址 0x88000000
tftp 0x88000000 myboard.dtb

# 查看设备树内容
fdt list

# 修改某个节点的属性
fdt set /uart0 clock-frequency <50000000>

# 启动内核时，传递 DTB 地址
bootm 0x80000000 - 0x88000000

在代码层面，U-Boot 使用 libfdt 库来解析 DTB。核心 API 有：

我写一个简单的解析示例：

#include <libfdt.h>

void parse_dtb(void *fdt_blob)
{
    int offset;
    const void *prop;
    int len;

    // 1. 检查头部
    if (fdt_check_header(fdt_blob) != 0) {
        printf("Invalid DTB header!\n");
        return;
    }

    // 2. 找到 uart0 节点
    offset = fdt_path_offset(fdt_blob, "/uart0");
    if (offset < 0) {
        printf("Cannot find /uart0\n");
        return;
    }

    // 3. 读取 clock-frequency 属性
    prop = fdt_getprop(fdt_blob, offset, "clock-frequency", &len);
    if (prop) {
        uint32_t freq = fdt32_to_cpu(*(uint32_t *)prop);
        printf("UART clock frequency: %d Hz\n", freq);
    }

    // 4. 读取 interrupts 属性
    prop = fdt_getprop(fdt_blob, offset, "interrupts", &len);
    if (prop) {
        uint32_t irq = fdt32_to_cpu(*(uint32_t *)prop);
        printf("UART IRQ number: %d\n", irq);
    }
}

这段代码，我在好几个项目里都用过。核心逻辑就是：找节点 → 读属性 → 用属性值初始化硬件。

下面这张图，展示了设备树从编写到解析的完整流程：

最后，说一个我个人的经验。调试设备树时，最常用的手段就是：

1. 在 Bootloader 里用 fdt list 查看 DTB 内容，确认节点和属性是否正确。
2. 如果内核启动时报设备树相关错误，用 dtc -I dtb -O dts 反编译 DTB，对比原始 DTS，看是不是编译或传输过程中出了问题。
3. 实在不行，在 Bootloader 代码里加打印，把关键属性值打出来，一步步排查。