嵌入式Linux设备树覆盖overlay动态配置实战 - 第1节

1.1 什么是设备树（Device Tree）

设备树（Device Tree，DT）是一种描述硬件资源的数据结构，它使用树形节点来记录处理器、内存、外设、中断、时钟、GPIO 等硬件信息。在嵌入式 Linux 系统中，设备树替代了传统平台代码（board file）中硬编码的硬件描述，成为内核与硬件之间的标准接口。

设备树在系统中的位置

设备树文件（.dts）经过编译生成设备树二进制文件（.dtb），由 bootloader（如 U-Boot）传递给内核。内核在启动阶段解析 .dtb，动态创建平台设备（platform device）并注册驱动，从而完成硬件初始化。

1.2 为什么需要设备树

在设备树出现之前，嵌入式 Linux 内核使用大量 board file（板级文件）来硬编码硬件信息。每个板子都需要在 arch/arm/mach-xxx 目录下编写数百行 C 代码，导致内核代码冗余、维护困难、升级缓慢。设备树解决了以下核心问题：

1.3 设备树源文件（.dts）基本语法与结构

.dts 文件采用树形结构，以 节点（node） 和 属性（property） 为核心元素。每个节点以 /dts-v1/; 开头，根节点用 / { ... }; 表示，子节点嵌套在父节点内部。

1.3.1 基本语法规则

• 节点定义：node-name@unit-address { ... };，其中 unit-address 通常为设备基地址。
• 属性赋值：property-name = <value>;，支持整数、字符串、字节数组、phandle 等类型。
• 标签（label）：label: node-name { ... };，用于在其它位置引用节点。
• 包含文件：#include "soc.dtsi"，.dtsi 为公共头文件，类似 C 语言的 .h 文件。
• 注释：支持 /* ... */ 和 // ... 风格。

1.3.2 典型 .dts 文件结构

/dts-v1/;

#include "imx6ull.dtsi"

/ {
    model = "Embedded Linux Board v1.0";
    compatible = "vendor,board-rev1", "vendor,board";

    chosen {
        stdout-path = &uart1;
    };

    memory@80000000 {
        device_type = "memory";
        reg = <0x80000000 0x20000000>;  // 512MB RAM
    };

    leds {
        compatible = "gpio-leds";
        led0: led-red {
            gpios = <&gpio1 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
            label = "red-led";
        };
    };

    &uart1 {
        status = "okay";
        pinctrl-names = "default";
        pinctrl-0 = <&pinctrl_uart1>;
    };
};

1.3.3 节点与属性详解

1.3.4 设备树覆盖（Overlay）的语法基础

设备树覆盖允许在运行时动态添加或修改节点，其语法与 .dts 基本一致，但需要额外包含 /plugin/; 声明，并使用 &node 引用目标节点：

/dts-v1/;
/plugin/;

/ {
    fragment@0 {
        target = &uart1;
        __overlay__ {
            status = "okay";
            baudrate = <115200>;
        };
    };
};

1.3.5 常用设备树 API（内核视角）

驱动开发者通过以下 API 从设备树中读取硬件信息：