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FDT（设备树）是Linux内核解析硬件信息的数据结构，以树状描述设备资源，通过DTS文件定义硬件参数，编译为dtb二进制供内核读取，实现驱动与硬件解耦，简化嵌入式系统设备

Flattened Device Tree (FDT) 在 Linux 中的应用详解

FDT 基础概念

Flattened Device Tree (FDT) 是一种描述硬件设备的结构化数据格式，广泛用于嵌入式系统（如 ARM、MIPS、RISC-V）中，替代传统的 ACPI 或内核命令行参数，其核心作用是将硬件信息以树形结构传递给操作系统。

关键特性：

  • 扁平化结构：将分层设备树转换为线性字节流（.dtb 文件）。
  • 硬件抽象：定义 CPU、内存、外设等硬件资源。
  • 跨平台兼容：支持多种架构（ARM、x86、PowerPC 等）。

FDT 结构解析

FDT 文件由以下部分组成：

组成部分 描述
Header 固定格式的元信息（魔法数、版本、总大小等）。
Root Node 根节点 ，包含全局硬件信息（如 CPU、内存节点）。
Inner Nodes 子节点表示总线、设备、外设（如 I2C、SPI、GPIO 控制器）。
Properties 节点属性，描述硬件参数（如地址、中断号、时钟频率）。

示例结构：

/ {
    model = "Linux Foundation参考板";
    compatible = "arm,cortex-a7";
    memory@0x80000000 { ... };
    ethernet@0x1000 { ... };
    ...
};

Linux 内核对 FDT 的支持

Linux 内核通过 libfdt 库解析 FDT，主要流程如下：

  1. 设备树编译：

    • 使用 dtc（Device Tree Compiler）将 .dts 源文件编译为 .dtb 二进制文件。
    • 命令示例：dtc -I dts -O dtb -o myboard.dtb myboard.dts

  2. 内核配置：

    • 启用 CONFIG_OF_FLATTREE（默认开启）。
    • 配置 CONFIG_OF_EARLY_INIT 以支持早期设备树解析。

  3. 设备树加载：

    • 启动时,固件（U-Boot、TrustZone 等）将 .dtb 文件作为内核参数传递。
    • 内核通过 prom_init() 解析 FDT，生成 /proc/device-tree 接口。

驱动程序与 FDT 的交互

Linux 驱动通过 Open Firmware (OF) API 或直接调用 libfdt 函数访问设备树：

  • OF API 示例：

    struct device_node np = of_find_compatible_node(NULL, "vendor,my-device");
if (np) {
    const char model = of_get_property(np, "model", NULL);
    // 处理设备信息
}

  • 关键操作：

    • of_find_compatible_node：按 compatible 属性匹配设备。
    • of_get_property：读取节点属性（如寄存器基址、中断号）。
    • of_address_to_resource：将设备树地址转换为 Linux 资源结构。

常见问题与解决方案

问题 解决方案
设备树语法错误 使用 dtc -I dts -W always_warn -o myboard.dtb myboard.dts 检查警告。
驱动无法匹配设备 检查设备节点的 compatible 属性是否与驱动代码一致。
内存或外设地址冲突 在设备树中明确指定外设的 reg 属性，避免自动分配冲突。
内核启动失败（设备树解析错误） 启用内核日志（CONFIG_PRINTK）并检查 dmesg 输出。

相关问题与解答

问题 1：如何调试设备树解析失败的问题？

解答：

  1. 检查设备树语法：使用 dtc 编译时开启所有警告（-W always_warn）。
  2. 内核日志分析：在内核配置中启用 CONFIG_PRINTK，通过 dmesg 查看错误信息。
  3. 最小化测试：逐步注释设备树节点，定位导致问题的节点。
  4. 验证地址对齐：确保内存和外设地址符合硬件要求（如 4KB 对齐）。

问题 2：如何为新硬件添加设备树节点？

解答：

  1. 参考现有设备：找到相似外设的节点定义（如 I2C、SPI 设备）。
  2. 定义节点：在设备树文件中添加新节点，指定 compatible 属性。 
    &i2c1 {
    status = "okay";
    my_sensor@0x48 {
        compatible = "vendor,my-sensor";
        reg = <0x48>;
        ...
    };
};
  3. 编写驱动：在驱动中通过 compatible 属性匹配节点，并读取必要参数。
  4. 测试验证：编译设备树并启动系统，通过 /proc/device-tree 或驱动日志
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