3. 设备树编译与反编译：DTC工具使用、dtb生成、fdtdump反编译、设备树覆盖（overlay）简介

设备树源文件（.dts / .dtsi）是文本格式的描述文件，必须经过编译生成二进制设备树 Blob（.dtb），才能被内核或引导加载程序解析。本章深入讲解设备树的编译与反编译工具链、二进制格式、以及动态修改设备树的覆盖（Overlay）机制。

3.1 DTC 工具与设备树编译流程

DTC（Device Tree Compiler）是设备树源文件的官方编译器，负责将 .dts 文本转换为 .dtb 二进制，并支持反编译与输出汇编格式。

3.1.1 DTC 工具安装与版本

3.1.2 编译命令与参数

基本编译命令格式：

dtc -I dts -O dtb -o output.dtb input.dts

常用参数说明：

• -I：输入格式，dts（源文件）、fs（文件系统）、dtb（二进制）
• -O：输出格式，dtb（二进制）、dts（源文件）、asm（汇编）
• -o：输出文件名
• -@：生成符号节点，支持 Overlay 动态加载
• -H：指定 phandle 格式（epapr/linux）
• -W / -E：启用/禁用特定警告或错误检查

3.1.3 编译流程示意图

3.2 DTB 二进制格式与结构

DTB 是设备树的二进制表示，采用扁平化结构（Flattened Device Tree, FDT），由头部（Header）、内存预留块（Memory Reservation Block）、结构块（Structure Block）和字符串块（Strings Block）四部分组成。

3.2.1 DTB 头部字段

3.2.2 结构块节点类型

结构块使用令牌（Token）标记节点边界，每个令牌 4 字节对齐：

• FDT_BEGIN_NODE (0x00000001)：节点开始，后跟节点名（含 '\0' 填充对齐）
• FDT_END_NODE (0x00000002)：节点结束
• FDT_PROP (0x00000003)：属性定义，后跟属性值长度、属性名偏移、属性值
• FDT_NOP (0x00000004)：空操作，用于填充对齐
• FDT_END (0x00000009)：结构块结束

3.3 fdtdump 反编译与调试

fdtdump 是 DTC 工具包提供的 DTB 反编译工具，可将二进制 DTB 转换为可读的文本格式，用于调试和逆向分析。

3.3.1 基本用法

# 反编译 DTB 到标准输出
fdtdump board.dtb

# 保存到文件
fdtdump board.dtb > board_debug.dts

# 使用 dtc 反编译（更规范的输出）
dtc -I dtb -O dts -o board_reverse.dts board.dtb

3.3.2 fdtdump 与 dtc 反编译对比

3.3.3 反编译输出解读

// 使用 fdtdump 查看 DTB 头部
$ fdtdump board.dtb | head -20
/dts-v1/;
// magic:        0xd00dfeed
// totalsize:    0x1000 (4096)
// off_dt_struct: 0x48
// off_dt_strings: 0x9c0
// off_mem_rsvmap: 0x28
// version:      17
// last_comp_version: 16
// boot_cpuid_phys: 0x0
// size_dt_strings: 0x40
// size_dt_struct: 0x978

/ {
    model = "TI AM335x BeagleBone Black";
    compatible = "ti,am335x-bone-black", "ti,am335x-bone", "ti,am33xx";
    #address-cells = <0x1>;
    #size-cells = <0x1>;
    ...
};

3.4 设备树覆盖（Overlay）简介

设备树覆盖（Device Tree Overlay）允许在系统运行时动态添加或修改设备树节点，无需重新编译整个 DTB。Overlay 在 FPGA 动态重配置、外设热插拔、内核模块加载等场景中广泛应用。

3.4.1 Overlay 工作原理

3.4.2 Overlay 源文件编写

Overlay 源文件使用 /dts-v1/; 和 /plugin/; 标记，通过 &label 引用基础 DTB 中的节点：

/dts-v1/;
/plugin/;

/ {
    fragment@0 {
        target = &am33xx_pinmux;
        __overlay__ {
            my_device_pins: my_device_pins {
                pinctrl-single,pins = <0x078 0x07 0x038 0x07>;
            };
        };
    };

    fragment@1 {
        target = &ocp;
        __overlay__ {
            my_device {
                compatible = "my,driver";
                pinctrl-0 = <&my_device_pins>;
                reg = <0x48000000 0x1000>;
                interrupts = <56>;
                status = "okay";
            };
        };
    };
};

3.4.3 Overlay 编译与加载

编译 Overlay 时必须添加 -@ 参数生成符号表：

# 编译 Overlay
dtc -@ -I dts -O dtb -o my_overlay.dtbo my_overlay.dts

# 通过 configfs 加载（内核需配置 CONFIG_OF_OVERLAY）
mkdir /sys/kernel/config/device-tree/overlays/my_overlay
cat my_overlay.dtbo > /sys/kernel/config/device-tree/overlays/my_overlay/dtbo

# 卸载 Overlay
rmdir /sys/kernel/config/device-tree/overlays/my_overlay

3.4.4 Overlay 与传统 DTB 对比

3.5 本章小结

• DTC 工具是设备树编译的核心，支持 dts → dtb 编译和反向操作，-@ 参数为 Overlay 提供符号支持。
• DTB 格式采用大端序扁平化结构，包含头部、内存预留块、结构块和字符串块，内核通过 OF API 逐令牌解析。
• fdtdump 提供底层 DTB 结构查看能力，dtc -I dtb -O dts 则生成可重新编译的标准 DTS。
• 设备树覆盖通过 /plugin/ 和 fragment 机制实现运行时动态修改，是 FPGA 和可扩展平台的关键技术。