커널 포팅 (3. 커널 포팅 기본 실습 / 3.1 타겟 보드 선택 및 디바이스 트리 설정)

3.1 타겟 보드 선택 및 디바이스 트리 설정

커널 포팅을 진행할 때, 타겟 보드(Target Board)에 맞는 설정을 적용하는 것이 필수적입니다.
ARM 및 RISC-V 기반의 임베디드 시스템에서는 디바이스 트리(Device Tree, DT) 를 사용하여 CPU, 메모리, I/O 장치, 버스 등의 하드웨어 정보를 커널에 제공합니다.

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🔹 디바이스 트리(Device Tree)의 개념과 역할

디바이스 트리(Device Tree, DT) 는 커널이 하드웨어 정보를 동적으로 읽을 수 있도록 하는 데이터 구조입니다.
이전에는 각 보드마다 하드웨어 정보를 하드코딩했지만,
디바이스 트리를 사용하면 커널 코드를 수정하지 않고도 하드웨어 구성을 변경할 수 있음.

✅ 디바이스 트리의 역할

1. CPU, RAM, 클럭 정보 제공
2. 버스 및 주변 장치(I2C, SPI, GPIO, USB 등) 설정
3. 부트로더(U-Boot)와 커널 간 하드웨어 정보 공유
4. 하드웨어 변경 시 커널 코드 수정 없이 DT만 변경 가능

✅ 디바이스 트리 사용 예시

• 라즈베리파이4: bcm2711-rpi-4-b.dtb
• BeagleBone Black: am335x-boneblack.dtb
• FriendlyARM NanoPi: sun8i-h3-nanopi.dtb

✅ 디바이스 트리 파일 구성 디바이스 트리는 DTS(Device Tree Source) 파일로 작성되며, 이를 DTB(Device Tree Blob) 로 변환하여 커널과 함께 사용합니다.

디바이스 트리는 크게 3단계로 구성됨:

1. DTS (Device Tree Source)
   • 사람이 읽을 수 있는 형태의 소스 파일 (.dts)
   • 예: bcm2711-rpi-4-b.dts
2. DTSI (Device Tree Include)
   • 공통 설정을 포함하는 파일 (.dtsi)
   • 여러 보드에서 공유 가능
3. DTB (Device Tree Blob)
   • 컴파일된 바이너리 형태 (.dtb)
   • 부트로더(U-Boot)가 로드하여 커널에 전달

✅ 디바이스 트리 파일 변환 과정

DTS (텍스트) → [컴파일] → DTB (바이너리)

변환 명령어:

dtc -I dts -O dtb -o output.dtb input.dts

• dtc: Device Tree Compiler (디바이스 트리 컴파일러)

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🔹 보드별 디바이스 트리 소스 분석 (arch/arm/boot/dts/)

리눅스 커널의 디바이스 트리 파일은 arch/arm/boot/dts/ 디렉토리에 위치하며, 각 보드 및 SoC별로 .dts 파일이 존재합니다.

✅ 디렉토리 구조

linux/arch/arm/boot/dts/
├── bcm2711-rpi-4-b.dts    # 라즈베리파이 4
├── am335x-boneblack.dts   # BeagleBone Black
├── sun8i-h3-nanopi.dts    # NanoPi
├── imx6q-sabresd.dts      # i.MX6 기반 보드
└── ...

✅ 디바이스 트리 예제 (bcm2711-rpi-4-b.dts)

/dts-v1/;
#include "bcm2711.dtsi"

 / {
    compatible = "raspberrypi,4-model-b", "brcm,bcm2711";
    model = "Raspberry Pi 4 Model B";

    memory {
        reg = <0x0 0x40000000>;  /* 1GB RAM */
    };

    chosen {
        bootargs = "console=ttyAMA0,115200 root=/dev/mmcblk0p2";
    };

    gpio: gpio@7e200000 {
        compatible = "brcm,bcm2711-gpio";
        reg = <0x7e200000 0x1000>;
    };
};

✅ 디바이스 트리 주요 요소

속성	설명
/	루트 노드, 보드 전체 정보 포함
compatible	보드 또는 SoC와의 호환성 정보
memory	RAM 크기 및 주소 지정
chosen	부팅 관련 설정 (커널 파라미터, 시리얼 콘솔 등)
gpio	GPIO 컨트롤러 정보

✅ DTSI 파일 포함 (#include)

#include "bcm2711.dtsi"

• bcm2711.dtsi 파일에 공통 설정이 들어 있으며, 이를 포함하여 코드 재사용 가능

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🔹 디바이스 트리 수정 및 적용 (make dtbs)

타겟 보드에서 새로운 하드웨어를 추가하거나 수정하려면 디바이스 트리를 수정해야 합니다.

✅ 1️⃣ 디바이스 트리 수정 (예: 새로운 UART 추가) 파일: bcm2711-rpi-4-b.dts

serial1: uart@7e201400 {
    compatible = "brcm,bcm2711-uart";
    reg = <0x7e201400 0x100>;
    clock-frequency = <250000000>;
};

✅ 2️⃣ 디바이스 트리 빌드

make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabi- dtbs

✅ 3️⃣ 빌드된 디바이스 트리 확인

ls arch/arm/boot/dts/
bcm2711-rpi-4-b.dtb

✅ 4️⃣ U-Boot에서 디바이스 트리 로드

tftpboot 0x82000000 bcm2711-rpi-4-b.dtb
bootz 0x80000000 - 0x82000000

• tftpboot: 네트워크에서 DTB 파일 로드
• bootz: 커널과 디바이스 트리를 함께 실행

✅ 5️⃣ 커널 부팅 후 디바이스 트리 확인

dmesg | grep "Device Tree"
cat /proc/device-tree/model

• 부팅된 시스템이 올바른 DTB를 로드했는지 확인

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🔹 디바이스 트리 수정 시 유용한 명령어

✅ DTB 파일을 DTS로 변환 (디버깅용)

dtc -I dtb -O dts -o output.dts input.dtb

✅ 부팅 시 커널이 사용하는 DTB 확인

cat /proc/device-tree/compatible

✅ DT 노드 정보 확인

ls /proc/device-tree/

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✅ 정리

1. 디바이스 트리(Device Tree)란?
   • 하드웨어 정보를 커널에 제공하는 데이터 구조
   • DTS(DTSI) → DTB로 변환하여 사용
2. 보드별 디바이스 트리 소스 분석
   • arch/arm/boot/dts/ 디렉토리에 저장
   • 각 보드별 .dts 파일이 있으며, SoC 공통 정보는 .dtsi 파일로 관리
3. 디바이스 트리 수정 및 적용
   • make dtbs로 DTB 빌드
   • tftpboot, bootz로 DTB 로드 및 실행
   • 부팅 후 /proc/device-tree/에서 확인 가능