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linux dts overlay

news 来源：原创 2025/6/28 10:17:44

设备树 Overlay（Device Tree Overlays, DTO），它在嵌入式Linux系统（尤其是基于ARM的设备，比如树莓派、NanoPi等）中非常常见。它主要用于动态修改设备树，以适配硬件的变化或扩展外设支持。

1. 设备树 (Device Tree) 基础

设备树是Linux内核用来描述硬件的一个数据结构（通常是 .dts 源文件，编译成 .dtb 二进制文件）。
它告诉内核“硬件是什么”，“有什么设备”，以及“设备如何连接”的信息。
这样，内核就不需要硬编码特定硬件，增强了移植性。

2. 设备树 Overlay（DTO）是什么？

Overlay 就是对设备树的“增量补丁”，它定义了一段额外的设备树节点，能够在运行时或者启动时“叠加”到主设备树上。
目的：实现设备树的动态扩展，比如给板子添加新的外设（GPIO扩展板、摄像头模块、触摸屏等），而不用修改主设备树文件。
Overlay通常是一个独立的 .dtbo 文件（编译后的Overlay），由主设备树加载时或内核模块加载时合并。

3. 使用场景

典型场景：

外设模块动态添加
比如你的主板没有集成摄像头，需要外接摄像头模块，就可以用Overlay来描述摄像头设备节点和相关GPIO、中断配置。
GPIO复用和引脚配置
一块板子多个设备共用引脚，Overlay能配置引脚复用，打开或关闭某些设备接口。
设备树不方便修改的环境
有些固件或内核只能加载固定的主设备树，Overlay给了动态配置的能力。

4. Overlay 如何使用？

制作Overlay文件
1. 编写 .dts 文件，继承主设备树的内容，只写你想“覆盖/新增”的部分。
2. 使用设备树编译器(dtc)编译成 .dtbo 文件。
加载Overlay
- 在启动时加载（很多板子在bootloader配置文件中支持Overlay加载，比如 config.txt 里的 dtoverlay=）
- 运行时加载（通过configfs接口，动态插入Overlay）

举例（树莓派）：

# /boot/config.txt
dtoverlay=your-overlay-name

5. Overlay 和 Initramfs、systemd 对比

特性	设备树 Overlay	initramfs	systemd
作用	动态修改硬件描述，加载新硬件节点	早期用户空间临时根文件系统加载	Linux启动初始化系统及服务管理
关注层面	硬件抽象层	系统启动早期阶段用户空间环境	系统服务管理及并发启动
运行时机	启动阶段或运行时内核设备树修改	内核启动时挂载，用于系统启动	内核启动后启动管理服务
主要功能	硬件描述扩展、配置引脚、设备绑定	提供最初的文件系统环境	启动服务、管理依赖、日志、资源等
适用场景	硬件变动、模块化硬件设计	内核启动时根文件系统不可用场景	系统服务启动和管理
是否直接涉及硬件	是	否	否
动态修改硬件描述能力	支持，动态加载/卸载Overlay	不支持	不支持

6. 简单总结

设备树 Overlay：专注于硬件描述和配置，特别适合动态加载硬件节点。
initramfs：内核启动的第一个用户空间，负责挂载根文件系统和初始化环境。
systemd：现代Linux系统的初始化和服务管理器，负责启动和维护系统服务。

7. 你实际使用设备树Overlay时要注意

设备树版本兼容性
Overlay文件的正确编译
确保Overlay描述的硬件节点匹配实际硬件
确保bootloader或内核支持Overlay机制
运行时加载Overlay需内核开启CONFIG_OF_OVERLAY支持

很好，你正在使用的是 NanoPi NEO Core 这类基于 Allwinner H3 SoC 的板子，跑的是 Armbian，这类系统通常是 Debian 或 Ubuntu 的轻量定制版本，广泛用于嵌入式设备和 DIY 项目。

✅ 背景确认

你的平台：

硬件：NanoPi NEO Core（基于 Allwinner H3）
系统：Armbian（可能基于 Debian/Ubuntu）
用途：可能用于音频服务（你提到 Navidrome）或其他嵌入式用途
需求：动态控制硬件（如 I2C、SPI、UART、GPIO、LED、外接模块等）

📌 在 Armbian 上使用设备树 Overlay（DTO）

Armbian 提供 标准化支持 DTO 的机制，适用于大多数基于 mainline kernel 的 Allwinner 平台。

📘 Armbian Overlay 使用方法

1. 查看当前启用的 Overlays

armbian-config

进入 → System → Hardware → 你可以通过界面启用常见的设备树 Overlays（I2C, SPI, UART, PWM, etc）

或手动查看：

cat /boot/armbianEnv.txt

你可能会看到类似：

overlays=spi-spidev i2c0 uart1
param_spidev_spi_bus=0

2. 启用已有 Overlay

编辑 /boot/armbianEnv.txt：

sudo nano /boot/armbianEnv.txt

添加或修改：

overlays=spi-spidev i2c0 uart1

保存后重启：

sudo reboot

你可以用 dmesg | grep spi 或 ls /dev/spidev* 来确认是否生效。

3. Overlay 文件存放位置

Armbian 默认加载 /boot/dtb/overlay/ 中的 .dtbo 文件。你也可以：

ls /boot/dtb/allwinner/overlay/

4. 自定义 Overlay 示例

举个例子：你要启用一个额外的 LED 灯连接到 GPIO PH7

创建文件：my-led-overlay.dts

/dts-v1/;
/plugin/;&{/} {fragment@0 {target-path = "/";__overlay__ {my_led: gpio-leds {compatible = "gpio-leds";status_led {label = "status_led";gpios = <&pio 7 7 GPIO_ACTIVE_HIGH>;  // PH7 = port 7, pin 7default-state = "on";};};};};
};

然后编译：

dtc -@ -I dts -O dtb -o my-led-overlay.dtbo my-led-overlay.dts

拷贝到 overlay 文件夹：

sudo cp my-led-overlay.dtbo /boot/dtb/allwinner/overlay/

修改 /boot/armbianEnv.txt 添加：

user_overlays=my-led-overlay

保存并重启：

sudo reboot

🧠 Overlay 与 systemd/initramfs 区别（再次归纳）

项目	设备树 Overlay (DTO)	initramfs	systemd
含义	动态叠加修改设备树（硬件配置）	临时根文件系统（启动用）	启动初始化系统管理器
使用时机	启动时或运行时加载	启动时使用	内核启动后立即运行
作用层面	硬件层（GPIO/I2C/UART等）	用户空间临时运行环境	管理服务、守护进程、挂载等
是否与硬件直接相关	✅ 是	❌ 否	❌ 否

🧪 常用场景举例（在你设备上）

目标	使用方式
启用 SPI	overlays=spi-spidev
启用 UART	overlays=uart1 uart2
自定义 LED GPIO	自写 DTO + user_overlays
音频模块支持（I2S DAC）	DTO + 手动加载驱动
外接 OLED 屏（I2C）	overlays=i2c0 + dto 添加地址和驱动绑定

🔧 小贴士

用 dtc -I fs /proc/device-tree 可以查看当前设备树的实际内容
确保 CONFIG_OF_OVERLAY=y 在内核中开启（Armbian默认是开的）
你可以使用 fdtput 工具直接修改 .dtb 文件（高级用法）

如果你遇到的问题是：

DTO加载无效 ➜ 看 /boot/armbianEnv.txt 里拼写是否正确
驱动不生效 ➜ 用 dmesg、lsmod、modinfo 等调试
不知道引脚编号 ➜ 查找对应的 sunxi pin map（Allwinner特有）

你想在 NanoPi NEO Core（Armbian） 上通过 I2C 接 OLED 显示屏（SSD1306 控制器），下面是完整详解，包括：

✅ 硬件连接
✅ 内核模块/驱动配置
✅ 设备树 Overlay 编写与使用
✅ 软件层显示内容（Python 示例）

✅ 1. 硬件接线（基于 I2C）

OLED Label	NanoPi NEO Pin	Notes
VCC	3.3V / 5V	OLED 供电
GND	GND	地线
SDA	I2C0_SDA (Pin 3, GPIO PA11)	数据线
SCL	I2C0_SCL (Pin 5, GPIO PA12)	时钟线

确认你接在了 I2C0（默认引出）的 SDA/SCL 上。

✅ 2. 启用 I2C0 接口（Armbian Overlay）

编辑 /boot/armbianEnv.txt：

overlays=i2c0

保存后重启：

sudo reboot

确认 /dev/i2c-0 是否出现：

ls /dev/i2c*

还可以确认 OLED 是否连上（地址通常为 0x3c）：

sudo apt install -y i2c-tools
sudo i2cdetect -y 0

看到类似：

     0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a b c d e f
00:          -- -- -- -- -- -- -- --
10: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
20: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- --
30: -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 3c
...

✅ 3. 添加设备树 Overlay（挂载 SSD1306）

Armbian 自带的 overlay 目录通常 没有直接包含 SSD1306 的 overlay。所以我们需要自定义：

✏️ 创建文件 `ssd1306-i2c.dts`

/dts-v1/;
/plugin/;/ {compatible = "allwinner,sun8i-h3";fragment@0 {target-path = "/";__overlay__ {i2c@01c2ac00 {status = "okay";ssd1306: ssd1306@3c {compatible = "solomon,ssd1306fb-i2c";reg = <0x3c>;pinctrl-names = "default";reset-gpios = <0>; /* if no reset pin */width = <128>;height = <64>;page-offset = <0>;seg-remap;com-invdir;contrast = <127>;};};};};
};

说明：

如果你接的是 128x32 OLED，请将 height = <32>。
若有 reset 引脚可设置为 <&pio X Y GPIO_ACTIVE_LOW>，比如 <&pio 0 6 0> 是 PA6。

🛠️ 编译 & 安装

dtc -@ -I dts -O dtb -o ssd1306-i2c.dtbo ssd1306-i2c.dts
sudo cp ssd1306-i2c.dtbo /boot/dtb/allwinner/overlay/

修改 /boot/armbianEnv.txt 添加：

user_overlays=ssd1306-i2c

然后重启：

sudo reboot

✅ 4. 驱动检查

确认驱动模块是否加载：

lsmod | grep ssd1306

如果没有：

sudo modprobe ssd1306

也可以添加到 /etc/modules 里让其开机加载：

echo ssd1306 | sudo tee -a /etc/modules

✅ 5. 显示内容（Python）

安装 Python 库

sudo apt install python3-pip
pip3 install luma.oled

示例 Python 脚本

from luma.core.interface.serial import i2c
from luma.oled.device import ssd1306
from PIL import ImageDraw, ImageFont, Imageserial = i2c(port=0, address=0x3C)
device = ssd1306(serial)draw = ImageDraw.Draw(Image.new("1", device.size))
font = ImageFont.load_default()
draw.text((0, 0), "Hello NanoPi!", font=font, fill=255)device.display(draw.im)

✅ 6. 常见问题排查

问题	原因
`/dev/i2c-0` 不存在	overlay 没启用 `i2c0`
`i2cdetect` 无响应或空	线路错误 / 接线问题
OLED 无反应	地址错误（0x3c vs 0x3d），接错线，驱动未加载
无法加载驱动	没有开启内核模块 `CONFIG_FB_SSD1306`
Python 报错	未装 `luma.oled` 或设备没有正确挂载

✅ 小结

你只需要：

确保 I2C 通了 → overlays=i2c0
加载自定义 Overlay → ssd1306@3c
加载驱动 → ssd1306fb（内核驱动或 Python 用户空间库）
选定显示方式 → 控制台 framebuffer 或 Python 图形库

很好！你想通过 framebuffer 控制 SSD1306 OLED（I2C 接口），这样你可以直接使用命令行工具、C 程序或 Shell 脚本将图像、文字显示到屏幕上，而不需要 Python 库。

🧩 目标实现：

让 SSD1306 显示屏出现在 /dev/fb1，通过 cat、fbi、dd 等 framebuffer 工具控制它显示内容。

✅ 1. 检查内核模块

确保内核已包含以下模块（Armbian 通常自带）：

lsmod | grep ssd1306

如果没有，手动加载：

sudo modprobe ssd1306
sudo modprobe ssd1306fb

⚠️ 如果提示模块不存在，可能你需要启用模块支持并重新编译内核（我可指导你做）。

✅ 2. 设备树 Overlay（带 framebuffer 绑定）

使用下面的 .dts 文件创建 overlay，挂载 SSD1306，并启用 framebuffer 输出。

✏️ 文件：`ssd1306-fb-i2c.dts`

/dts-v1/;
/plugin/;/ {compatible = "allwinner,sun8i-h3";fragment@0 {target = <&i2c0>;__overlay__ {status = "okay";ssd1306fb: ssd1306fb@3c {compatible = "solomon,ssd1306fb-i2c";reg = <0x3c>;width = <128>;height = <64>;page-offset = <0>;seg-remap;com-invdir;contrast = <127>;rotate = <0>;};};};
};

✅ 3. 编译并启用 overlay

dtc -@ -I dts -O dtb -o ssd1306-fb-i2c.dtbo ssd1306-fb-i2c.dts
sudo cp ssd1306-fb-i2c.dtbo /boot/dtb/overlay/

编辑 /boot/armbianEnv.txt，添加：

user_overlays=ssd1306-fb-i2c

保存后重启：

sudo reboot

✅ 4. 验证 framebuffer

重启后检查：

ls /dev/fb*

你应该看到 /dev/fb1（主 framebuffer 通常是 fb0）

确认信息：

cat /sys/class/graphics/fb1/name

应返回：ssd1306fb

查看分辨率：

cat /sys/class/graphics/fb1/virtual_size

✅ 5. 使用 framebuffer 工具显示内容

🖼️ 显示图片（需安装 fbi 工具）

sudo apt install fbi
sudo fbi -d /dev/fb1 -T 1 --noverbose -a your-image.png

注意：

图片必须为 单色位图（1bit bmp/png），大小 128×64。
你也可以用 imagemagick 转图：

convert input.png -resize 128x64\! -monochrome out.bmp

🧪 输出简单图像（命令行写 framebuffer）

sudo bash -c 'dd if=/dev/zero of=/dev/fb1 bs=1024 count=1'

这会清空屏幕。

你可以写一个程序像素级控制 /dev/fb1，例如写字符、画图。

✅ 6. 示例：C 程序写 framebuffer

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>int main() {int fb = open("/dev/fb1", O_RDWR);if (fb < 0) return 1;// 简单填充图案char buffer[1024]; // 128 x 64 = 1024 bits = 128 bytes x 8 linesmemset(buffer, 0xAA, sizeof(buffer)); // 交错黑白条纹write(fb, buffer, sizeof(buffer));close(fb);return 0;
}

✅ 小结

步骤	动作
1️⃣	确保 OLED 连到 I2C（地址 0x3c）
2️⃣	使用 `ssd1306fb-i2c` overlay
3️⃣	检查 `/dev/fb1` 是否出现
4️⃣	用 `fbi`、`dd`、程序操作 framebuffer 显示内容

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1. 设备树 (Device Tree) 基础

2. 设备树 Overlay（DTO）是什么？

3. 使用场景

典型场景：

4. Overlay 如何使用？

5. Overlay 和 Initramfs、systemd 对比

6. 简单总结

7. 你实际使用设备树Overlay时要注意

✅ 背景确认

📌 在 Armbian 上使用设备树 Overlay（DTO）

📘 Armbian Overlay 使用方法

1. 查看当前启用的 Overlays

2. 启用已有 Overlay

3. Overlay 文件存放位置

4. 自定义 Overlay 示例

🧠 Overlay 与 systemd/initramfs 区别（再次归纳）

🧪 常用场景举例（在你设备上）

🔧 小贴士

如果你遇到的问题是：

✅ 1. 硬件接线（基于 I2C）

✅ 2. 启用 I2C0 接口（Armbian Overlay）

✅ 3. 添加设备树 Overlay（挂载 SSD1306）

✏️ 创建文件 ssd1306-i2c.dts

🛠️ 编译 & 安装

✅ 4. 驱动检查

✅ 5. 显示内容（Python）

安装 Python 库

示例 Python 脚本

✅ 6. 常见问题排查

✅ 小结

🧩 目标实现：

✅ 1. 检查内核模块

✅ 2. 设备树 Overlay（带 framebuffer 绑定）

✏️ 文件：ssd1306-fb-i2c.dts

✅ 3. 编译并启用 overlay

✅ 4. 验证 framebuffer

✅ 5. 使用 framebuffer 工具显示内容

🖼️ 显示图片（需安装 fbi 工具）

🧪 输出简单图像（命令行写 framebuffer）

✅ 6. 示例：C 程序写 framebuffer

✅ 小结

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✏️ 创建文件 `ssd1306-i2c.dts`

✏️ 文件：`ssd1306-fb-i2c.dts`