scripts/dtc，它对设备树做了什么？怎么做的？

原创已于 2024-11-10 14:26:24 修改 · 1.2k 阅读

21 ·

CC 4.0 BY-SA版权

文章标签：

#linux #物联网 #编辑器 #服务器 #gnu

于 2024-11-10 13:18:23 首次发布

Linux+内核同时被 2 个专栏收录

235 篇文章

订阅专栏

BSP

29 篇文章

订阅专栏

设备树编译器（Device Tree Compiler，dtc）在 Linux 内核开发和嵌入式系统中是一个不可或缺的工具。它不仅能将设备树源码编译为内核可用的二进制格式，还能确保设备树结构和属性的完整性和一致性。本文将从各个角度深入剖析 scripts/dtc，包括其作用、实现原理、调试和应用场景，并结合示例和可视化图解，使这篇文章更易于理解和应用。

1. 什么是设备树编译器？

设备树编译器（dtc）是一个工具，用于将设备树源码文件（.dts 或 .dtsi）编译成二进制设备树文件（.dtb），以便在系统启动时被内核加载和解析。设备树的目的是将硬件描述与内核源码分离，使内核在不同硬件平台上更具可移植性和灵活性。

设备树的使用场景非常广泛，包括嵌入式设备、开发板和复杂的系统架构等。dtc 是实现这一过程的核心工具。

2. scripts/dtc 目录的结构解析

linux/scripts/dtc 目录中包含了 dtc 的实现及相关辅助工具。理解这些文件的作用有助于我们更好地掌握 dtc 的功能和运行机制。以下是一些关键文件的解释：

dtc.c：设备树编译器的主入口，实现了核心编译逻辑。
checks.c：实现对设备树的语法和逻辑进行验证，确保输入文件符合预期格式。
dtc-lexer.l：词法分析器，负责将 .dts 文件分解成可解析的标记。
dtc-parser.y：语法解析器，将标记转化为抽象语法树（AST）。
flattree.c：将设备树从树形结构转换为内核可解析的扁平结构。
libfdt：解析和修改已编译 .dtb 文件的库，提供了用户和内核空间的 API。
fdtoverlay.c：实现设备树叠加功能，用于动态合并多个设备树。
update-dtc-source.sh：更新 dtc 源代码的脚本。

3. 设备树编译流程详解

dtc 的编译过程分为以下几个关键步骤，每一步都在不同的源文件中实现：

1. 解析输入文件：

词法和语法解析：dtc-lexer.l 和 dtc-parser.y 负责将 .dts 文件中的文本解析为 AST。
抽象语法树生成：AST 表示了设备树的层级结构。

2. 检查和验证：

checks.c 中的检查函数验证语法和逻辑的完整性，确保没有重定义的节点、无效的属性或不合规的格式。

3. 扁平化和二进制生成：

flattree.c 将 AST 扁平化，输出为二进制 .dtb 文件。该结构保证了内核在引导时可以快速读取和解析设备树。

4. 输出生成：

使用 libfdt 库将扁平化的结构写入 .dtb 文件中，并进行格式化。

下图展示了设备树编译的完整流程：

.dts 文件
    │
    └─→ dtc（解析器）
          │
       抽象语法树（AST）
          │
       语法和逻辑检查
          │
       扁平化设备树
          │
       └─→ 生成 .dtb 文件

在这里插入图片描述

4. libfdt 的功能和实现

libfdt 是解析和处理 .dtb 文件的核心库。它提供了多种 API，使得在用户和内核空间都能方便地读取和修改设备树。以下是 libfdt 的一些常用功能：

读取属性：fdt_getprop() 用于获取节点的属性值。
修改属性：fdt_setprop() 修改已存在属性。
节点遍历：允许遍历整个设备树以获取各节点信息。

这种灵活性特别有用，尤其是在设备启动后需要动态修改或扩展设备树的场景，如模块加载和设备插拔。

5. 设备树叠加的实现细节

设备树叠加（Device Tree Overlay）允许将多个设备树合并，支持动态和模块化硬件设计。fdtoverlay.c 文件实现了这一功能，支持在运行时加载叠加文件并合并到主设备树中。

设备树叠加的步骤：

读取主设备树和叠加文件：通过 libfdt 读取 .dtb 和叠加文件。
节点和属性合并：将叠加文件的节点和属性合并到主设备树，确保不破坏原有结构。
冲突检测：在合并过程中检查节点冲突，确保叠加过程安全。

这项功能在嵌入式开发中尤为重要，能够在不修改主设备树的情况下添加新的设备支持。

6. 如何使用 dtc 进行调试和验证

调试 dtc 时，开发者可以利用一些工具和方法来验证设备树的正确性：

编译和反编译：使用 dtc 将 .dts 编译为 .dtb，或将 .dtb 反编译回 .dts 以验证内容：
```
dtc -I dts -O dtb -o output.dtb input.dts
dtc -I dtb -O dts -o output.dts input.dtb
```
详细输出：通过 -W 选项启用额外的警告信息，如 dtc -W all，帮助识别潜在问题。

结合 fdtget 和 fdtput：使用 fdtget 和 fdtput 提取和修改编译后 .dtb 中的属性，进行细节调试：

fdtget output.dtb /soc/uart@7e215040 compatible
fdtput -t s output.dtb /soc/uart@7e215040 compatible "my-device"

在这里插入图片描述

7. 实际应用场景与案例

在嵌入式开发中，dtc 的灵活性和强大功能被广泛应用于处理不同硬件平台的设备树配置。例如，NXP i.MX 系列处理器的参考设计通常提供详细的 .dts 文件，开发者可以通过 dtc 对其进行调整，以满足自定义硬件配置的需求。

案例：假设你需要为一块开发板添加新的 I2C 设备，只需在 .dts 文件中添加新节点并编译，内核即可自动识别和初始化设备。

8. 优化设备树工作流程的建议

使用版本控制：将设备树文件纳入版本控制系统，以便跟踪更改。
自动化测试：编写脚本和测试用例，验证不同设备树组合在实际硬件上的表现。
文档和注释：在 .dts 文件中添加详细注释，帮助其他开发者理解配置。

9. 结论

scripts/dtc 是 Linux 内核和嵌入式系统中不可或缺的工具。通过将设备树源码解析、验证、编译成 .dtb 格式并支持动态叠加，dtc 实现了设备树的灵活配置和硬件适配。无论是嵌入式开发者还是内核开发者，掌握 dtc 的使用和调试技巧都能极大提高项目开发效率和稳定性。

希望本文能帮助你深入了解 scripts/dtc 的作用和实现，让你在开发和调试过程中更加得心应手。