U-Boot 阶段动态加载设备树 Overlay（dtbo）的脚本优化与实践

原创已于 2025-11-15 15:16:30 修改 · 874 阅读

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于 2025-10-22 15:28:35 首次发布

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U-Boot 阶段动态加载设备树 Overlay（dtbo）的完整实现：从屏幕检测到配置加载

在多屏幕产品的自动适配方案中，U-Boot 阶段的屏幕型号检测是前提，设备树 Overlay 动态加载是核心。本文将补充 U-Boot 中屏幕检测的具体代码实现，并结合优化后的 overlay 加载脚本，形成完整的解决方案。

一、U-Boot 屏幕型号检测的核心逻辑

屏幕检测的本质是通过硬件特征（如 I2C ID、GPIO 电平）区分型号，核心步骤为：

初始化检测所需的硬件接口（I2C 控制器 / GPIO 控制器）；
读取屏幕的硬件特征值（ID 寄存器 / GPIO 电平）；
根据特征值映射到具体屏幕型号；
将型号保存到 U-Boot 环境变量（screen_type），供后续 overlay 加载脚本使用。

1.1 基于 I2C 接口的屏幕检测（适用于带 ID 寄存器的屏幕）

许多屏幕（如 LCD/OLED 模块）通过 I2C 总线暴露 ID 寄存器（厂商 ID / 产品 ID），可通过读取寄存器值区分型号。

代码实现（以 ARM 架构为例）

在 U-Boot 源码的board/<厂商>/<板型>/board.c中（如board/myboard/myboard.c），添加检测函数：

运行

#include <common.h>
#include <i2c.h>
#include <dm/uclass.h>
#include <dm/device.h>

// 屏幕I2C配置（根据硬件手册修改）
#define SCREEN_I2C_BUS     0       // I2C总线号（通常0或1）
#define SCREEN_I2C_ADDR    0x38    // 屏幕I2C设备地址（7位地址）
#define SCREEN_ID_REG      0x00    // ID寄存器地址

/**
 * 检测屏幕型号（通过I2C读取ID）
 * 返回值：1=型号A，2=型号B，0=未知
 */
static int detect_screen_type(void)
{
    int ret;
    u8 id[2];  // 存储读取到的ID（2字节，可根据实际调整长度）

    // 1. 初始化I2C总线
    ret = i2c_init(SCREEN_I2C_BUS, 100000);  // 100KHz总线频率
    if (ret) {
        printf("I2C bus %d init failed (ret=%d)\n", SCREEN_I2C_BUS, ret);
        return 0;
    }

    // 2. 读取屏幕ID寄存器（从SCREEN_ID_REG地址读取2字节）
    ret = i2c_read(SCREEN_I2C_BUS, SCREEN_I2C_ADDR, SCREEN_ID_REG, 1, id, 2);
    if (ret != 0) {
        printf("Failed to read screen ID (ret=%d)\n", ret);
        return 0;
    }

    // 3. 根据ID值判断型号（需与屏幕手册中的ID对应）
    printf("Detected screen ID: 0x%02X%02X\n", id[0], id[1]);
    if (id[0] == 0xAB && id[1] == 0xCD) {
        return 1;  // 型号A
    } else if (id[0] == 0xEF && id[1] == 0x12) {
        return 2;  // 型号B
    } else {
        return 0;  // 未知型号
    }
}

1.2 基于 GPIO 电平的屏幕检测（适用于硬件引脚区分的场景）

若屏幕硬件设计中通过拨码开关或电阻分压将型号映射到 GPIO 电平（如 2 个 GPIO 可区分 4 种型号），可通过读取 GPIO 状态实现检测。

代码实现

同样在board/<厂商>/<板型>/board.c中添加：

运行

#include <common.h>
#include <gpio.h>

// GPIO配置（根据硬件原理图修改）
#define SCREEN_DETECT_GPIO1 5    // 检测引脚1（如GPIO5）
#define SCREEN_DETECT_GPIO2 6    // 检测引脚2（如GPIO6）

/**
 * 检测屏幕型号（通过GPIO电平）
 * 返回值：1=型号A，2=型号B，3=型号C，0=未知
 */
static int detect_screen_type(void)
{
    int val1, val2;
    u8 type_code;

    // 1. 初始化GPIO为输入模式
    gpio_request(SCREEN_DETECT_GPIO1, "screen_detect1");
    gpio_direction_input(SCREEN_DETECT_GPIO1);
    gpio_request(SCREEN_DETECT_GPIO2, "screen_detect2");
    gpio_direction_input(SCREEN_DETECT_GPIO2);

    // 2. 读取GPIO电平（0=低电平，1=高电平）
    val1 = gpio_get_value(SCREEN_DETECT_GPIO1);
    val2 = gpio_get_value(SCREEN_DETECT_GPIO2);
    type_code = (val1 << 1) | val2;  // 组合为2位二进制值

    // 3. 根据电平组合判断型号（需与硬件设计对应）
    printf("Screen detect GPIO levels: GPIO1=%d, GPIO2=%d → code=0x%02X\n", val1, val2, type_code);
    switch (type_code) {
        case 0x00: return 1;  // 型号A：GPIO1=0, GPIO2=0
        case 0x01: return 2;  // 型号B：GPIO1=0, GPIO2=1
        case 0x10: return 3;  // 型号C：GPIO1=1, GPIO2=0
        default:   return 0;  // 未知型号
    }
}

1.3 将检测结果保存到 U-Boot 环境变量

在 U-Boot 的后期初始化函数board_init_r中调用检测函数，并将结果存入环境变量screen_type：

运行

int board_init_r(gd_t *gd, ulong dest_addr)
{
    int screen_type;

    // 其他板级初始化（如内存、网络等）
    // ...

    // 检测屏幕型号
    screen_type = detect_screen_type();
    if (screen_type > 0) {
        // 将型号存入环境变量（如screen_type=1）
        setenv("screen_type", itoa(screen_type));
        printf("Screen type detected: %d, saved to env\n", screen_type);
    } else {
        // 未检测到型号时，设置默认值（可选）
        setenv("screen_type", "0");
        printf("Unknown screen type, set screen_type=0\n");
    }

    // 继续执行其他初始化
    // ...

    return 0;
}

1.4 U-Boot 配置依赖

确保 U-Boot 编译时开启以下配置（通过make menuconfig设置）：

若使用 I2C 检测：Device Drivers → I2C Support → Enable I2C 及对应控制器驱动（如DesignWare I2C）；
若使用 GPIO 检测：Device Drivers → GPIO Support → Enable GPIO 及对应 GPIO 控制器驱动；
环境变量存储：Environment → Environment in MMC（或 SPI Flash 等，确保saveenv生效）。

二、完整启动流程：从检测到 overlay 加载

结合屏幕检测代码与优化后的 overlay 加载脚本，完整流程如下：

2.1 屏幕检测阶段（U-Boot 初始化）

U-Boot 启动后执行board_init_r；
调用detect_screen_type通过 I2C/GPIO 检测屏幕型号；
将型号存入环境变量screen_type（如screen_type=1）。

2.2 overlay 加载与设备树修改

优化后的 U-Boot 启动脚本（结合检测结果动态加载 overlay）：

bash

# 加载overlay的脚本（依赖screen_type环境变量）
setenv load_overlay ' \
    mmc dev 0; \  # 选中存储dtbo的MMC设备（如SD卡/eMMC）
    # 根据屏幕型号加载对应dtbo
    if test ${screen_type} -eq 1; then \
        fatload mmc 0:1 0x88000000 overlays/screen_a.dtbo; \
    elif test ${screen_type} -eq 2; then \
        fatload mmc 0:1 0x88000000 overlays/screen_b.dtbo; \
    elif test ${screen_type} -eq 3; then \
        fatload mmc 0:1 0x88000000 overlays/screen_c.dtbo; \
    else \
        echo "Unknown screen type (${screen_type}), load default overlay"; \
        fatload mmc 0:1 0x88000000 overlays/screen_default.dtbo; \
    fi; \
    # 应用overlay到基础dtb（地址0x87000000）
    if test -n ${fileaddr}; then \
        fdt apply 0x88000000 -f 0x87000000; \
    fi \
'

# 完整启动命令（顺序：加载dtb → 加载overlay → 加载内核 → 启动）
setenv bootcmd ' \
    mmc dev 0 || echo "MMC init failed!"; \
    # 1. 加载基础设备树到内存（0x87000000）
    fatload mmc 0:1 0x87000000 dtb.img || exit 1; \
    # 2. 加载并应用overlay
    run load_overlay; \
    # 3. 加载内核到内存（0x80008000）
    fatload mmc 0:1 0x80008000 zImage || exit 1; \
    # 4. 启动内核（使用修改后的dtb）
    bootz 0x80008000 - 0x87000000; \
'

saveenv  # 保存环境变量

三、调试与验证技巧

验证屏幕检测结果：在 U-Boot 命令行执行printenv screen_type，确认输出与实际屏幕型号一致（如screen_type=1）。
检查 overlay 加载状态：执行fdt print 0x87000000 /lcd-controller（替换为实际屏幕节点路径），查看节点属性（如hactive、vactive）是否与 dtbo 中定义的一致。
排查 I2C/GPIO 问题：
- I2C 检测失败：用i2c probe 0 0x38（总线 0，地址 0x38）确认设备是否存在；
- GPIO 检测失败：用gpio input 5和gpio get 5手动读取电平，验证硬件连接。

四、总结

本文通过补充 U-Boot 屏幕检测代码（I2C/GPIO 两种方案），结合优化后的 overlay 加载脚本，形成了从 “硬件特征读取” 到 “设备树动态修改” 的完整闭环。该方案可实现多型号屏幕的全自动适配，无需人工干预，特别适合量产场景。实际应用中需根据屏幕硬件手册调整检测逻辑（如 ID 值、GPIO 引脚）和 overlay 配置（时序参数、初始化指令），确保兼容性与稳定性。