1. 设备树(DTS)基础概念

1.1 什么是设备树

设备树(Device Tree)是一种描述硬件资源的数据结构，它使用树状节点来记录系统中所有可访问的设备、总线、中断控制器、时钟、GPIO等硬件信息。在嵌入式Linux系统中，设备树充当了硬件描述与内核驱动之间的“桥梁”。

设备树文件通常以文本形式编写，经过编译后生成二进制格式供内核解析。其核心思想是将硬件描述从内核源码中剥离出来，使得同一份内核镜像可以支持多种硬件平台。

1.2 为什么需要设备树

在设备树出现之前，嵌入式Linux内核通过大量的板级文件(board file)来描述硬件，每个开发板都需要在 arch/arm/mach-xxx 目录下编写数百行C代码来注册平台设备、配置资源。这种方式存在严重问题：

设备树带来的核心收益包括：

• 硬件描述标准化：使用统一的语法和绑定规范，不同厂商的硬件描述风格一致。
• 内核镜像通用化：一个内核镜像可以启动多个硬件平台，Bootloader负责选择正确的设备树。
• 驱动与硬件解耦：驱动通过设备树中的 compatible 属性匹配硬件，无需硬编码地址。
• 外设配置灵活化：修改管脚复用、时钟频率等参数只需改设备树，无需重新编译内核。

1.3 设备树文件类型

设备树涉及三种主要文件类型，它们在开发流程中扮演不同角色：

文件关系说明：

• .dtsi 类似于C语言的 .h 头文件，通过 #include 指令被 .dts 引用。
• 一个 .dts 文件通常包含一个 .dtsi（SoC级），再叠加板级特有的外设和配置。
• .dtb 是最终交付给Bootloader和内核的二进制产物。

1.4 设备树编译流程

从 .dts 源文件到 .dtb 二进制文件，需要经过预处理和编译两个阶段。整个流程由设备树编译器 dtc(Device Tree Compiler) 完成。

1.4.1 编译命令

最常用的编译命令如下：

# 编译 .dts 为 .dtb
dtc -I dts -O dtb -o board.dtb board.dts

# 反编译 .dtb 为 .dts（调试用）
dtc -I dtb -O dts -o board_decompiled.dts board.dtb

# 在内核源码树中使用 make 编译
make dtbs
make board.dtb

1.4.2 编译流程详解

完整的设备树编译流程包含以下步骤：

1. 预处理阶段：C预处理器(cpp)处理 #include、#define、#ifdef 等指令，将 .dtsi 文件和绑定头文件展开到 .dts 中。
2. 语法解析阶段：dtc解析预处理后的文本，构建内部节点树结构，检查语法正确性。
3. 标签解析阶段：处理 &node 引用标签，将覆盖/追加的属性合并到对应节点。
4. 二进制编码阶段：将节点树编码为扁平化设备树(FDT)二进制格式，生成 .dtb 文件。

1.5 设备树语法速览

一个典型的 .dts 文件结构如下，包含根节点、子节点、属性和标签引用：

/dts-v1/;

#include "soc.dtsi"

/ {
    model = "MyBoard v1.0";
    compatible = "vendor,myboard", "vendor,soc";

    chosen {
        stdout-path = &uart0;
    };

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x40000000>;
    };
};

&uart0 {
    status = "okay";
    clock-frequency = <115200>;
};