基于RK3576 的 uboot 早期硬件控制：Linux6.1.84 内核设备树修改与实践

RK3576开发板

一、概述

本文介绍通过修改kernel设备树，在飞凌嵌入式OK3576-C开发板上实现在uboot阶段拉高GPIO的方法。OK3576-C作为基于RK3576处理器的高性能嵌入式平台，集成四核Cortex-A76与四核Cortex-A55架构，为工业控制、边缘计算等场景提供强大算力支持。其灵活的硬件配置和完善的软件生态，使得这类底层硬件控制需求能够通过标准化的设备树配置实现，无需复杂的底层代码修改。

对于需要在系统启动早期（uboot阶段）控制外设的应用场景，如工业传感器使能、外设复位控制等，本文方法可有效简化开发流程。若需对GPIO进行更精细的控制（如时序精确调整、多状态切换等），则仍需直接修改uboot代码。

本文验证基于飞凌官方资料《OK3576-C_Linux6.1.84_用户资料_R2》，该资料包含完整的硬件手册、驱动开发指南和示例代码，可通过飞凌嵌入式官网获取。RK其他平台（如RK3568、RK3588）或其他Linux版本可参考此方法，但需根据具体硬件手册调整引脚定义和设备树节点。

二、明确目标

在修改uboot或kernel设备树前，需先明确需求合理性，避免无效开发。核心是判断"uboot阶段拉高GPIO"是否能满足硬件设计目标，关键在于硬件上电初期的GPIO电平状态。

若硬件电路需"上电即拉高GPIO"（如继电器控制、关键模组使能），但目标GPIO上电初始状态为低电平，则 无法通过软件解决！需更换硬件设计：选择上电后默认高电平的GPIO引脚（由硬件电路决定），因为uboot通常在上电2秒后才开始工作，软件无法控制uboot启动前的GPIO电平。

2.1 GPIO引脚选择方法

飞凌嵌入式RK3576开发板提供了丰富的GPIO资源，分布在多个GPIO组中，可满足不同外设的控制需求。需通过以下方式确认GPIO引脚的上电初始状态和功能兼容性：

• 查看硬件设计文档：飞凌RK3576开发板提供完整的引脚功能表格、底板原理图，可联系飞凌嵌入式在线客服获取下载链接，文档中明确标注了各引脚的默认电平、方向（输入/输出）、电压域（如3.3V、1.8V）。
• 实测验证：使用万用表或示波器，在上电瞬间测量引脚电平，记录初始状态（高/低）和稳定时间。

RK3576开发板引脚布局图

图1：RK3576开发板接口布局示意图

RK3576开发板引脚布局图

图2：RK3576开发板接口布局示意图

本方法适用于OK3576-C开发板的以下应用场景：工业传感器模组复位控制、外设上电使能、自定义扩展板硬件初始化等需求，且无需"上电即生效"，仅需在kernel驱动加载前（uboot阶段）稳定GPIO电平。飞凌提供的OK3576开发板支持宽温工作（-40℃~85℃），特别适合工业环境下的这类硬件控制需求。

三、修改与验证方法

本节以 GPIO2_B4为例（OK3576-C底板PCIe接口的PCIE0_PERSTn引脚），详细说明设备树修改步骤及验证方法。OK3576-C开发板提供了PCIe 3.0接口，可扩展高速外设，通过本文方法可在系统启动早期控制PCIe设备的复位状态。

3.1 前期准备

• 硬件：OK3576-C开发板（核心板+底板）、PCIe接口设备（可选）、万用表、调试串口线。
• 软件：Linux 6.1.84 SDK、交叉编译工具链、串口终端工具（如SecureCRT、MobaXterm）。SDK中包含完整的编译脚本和示例代码。
• 测量点：GPIO2_B4对应底板R354电阻（PCIe座与电解电容之间）。

3.2 原始状态验证

先烧写原厂默认镜像，验证GPIO2_B4的原始电平变化：

1. 连接调试串口，打开终端工具（波特率115200，8N1）。飞凌嵌入式RK3576开发板默认引出调试串口，方便开发调试。
2. 给开发板上电，观察串口打印，记录GPIO2_B4的电平变化（通过万用表测量）。
3. 默认情况下，该引脚会在 kernel启动后才被拉高，uboot阶段保持低电平。

图3：OK3576开发板扩展接口示意图（红框标注为PCIe接口区域）

3.3 进入uboot命令行

上电启动过程中，当串口终端出现以下提示时，按下 CTRL+C可进入uboot命令行（此时uboot未移交控制权给kernel，可测量uboot阶段的GPIO电平）：

Hit key to stop autoboot('CTRL+C'):  0
---------------------------------------------
0:Exit to console
1:Reboot
2:Display type
---------------------------------------------

飞凌嵌入式RK3576开发板的uboot经过飞凌优化，提供了丰富的调试命令和配置选项，支持通过环境变量配置多种启动参数，方便开发者进行底层硬件调试。

3.4 理论依据（RK U-Boot DTB机制）

根据RK官方手册《Rockchip_Developer_Guide_UBoot_Nextdev_CN.pdf》的"Kernel-DTB"章节描述，RK平台支持"使用kernel DTB初始化uboot外设"，核心机制如下：

原生的U-Boot只支持使用U-Boot自己的DTB，RK平台增加了kernel DTB机制的支持，即使用kernel DTB 去初始化外设。主要目的是为了兼容外设板级差异，如：power、clock、display 等。 二者的作用： • U-Boot DTB：负责初始化存储、打印串口等核心设备； • Kernel DTB：负责初始化存储、打印串口以外的设备（如GPIO、I2C、PCIe等）； U-Boot初始化时先用U-Boot DTB完成存储、打印串口初始化，然后从存储上加载Kernel DTB 并转而使用这份DTB继续初始化其余外设。Kernel DTB 的代码实现在函数： init_kernel_dtb() 。 开发者一般不需要修改 U-Boot DTB（除非更换打印串口），各平台发布的SDK里使用的 defconfig 都已启用kernel DTB机制。所以通常对于外设的DTS修改，用户应该修改kernel DTB。

飞凌提供的RK3576开发板 SDK默认启用了这一机制，使得开发者可以通过修改kernel设备树实现对uboot阶段硬件的控制，大大简化了开发流程。

3.5 kernel设备树修改（核心步骤）

通过修改kernel设备树，添加GPIO拉高节点，实现uboot阶段控制GPIO。具体修改如下（基于SDK中的arch/arm64/boot/dts/rockchip/OK3576-C-common.dtsi文件）：

--- a/arch/arm64/boot/dts/rockchip/OK3576-C-common.dtsi
+++ b/arch/arm64/boot/dts/rockchip/OK3576-C-common.dtsi
@@ -428,6 +428,16 @@ wifi_ext_clk: wifi_ext_clk {
                pinctrl-0 = <&net_5g_pwr_gpio>;
                status = "okay";
        };
+
+       gpio2b4_high_test {
+               compatible = "regulator-fixed";  // 兼容固定电压调节器驱动（用于GPIO拉高）
+               gpio = <&gpio2 RK_PB4 GPIO_ACTIVE_HIGH>;  // 指定GPIO2_B4，高电平有效
+               enable-active-high;  // 使能信号为高电平
+               regulator-boot-on;  // 系统启动时使能（uboot阶段生效）
+               regulator-always-on;  // 保持常亮（防止被后续驱动关闭）
+               status = "okay";  // 启用该节点
+       };
+
 };
@@ -1164,7 +1174,7 @@ rgmii_phy1: phy@2 {
 };
 &pcie0 {
-       reset-gpios = <&gpio2 RK_PB4 GPIO_ACTIVE_HIGH>;  // 原PCIe复位GPIO定义
+       //reset-gpios = <&gpio2 RK_PB4 GPIO_ACTIVE_HIGH>;  // 注释掉，避免引脚冲突
        rockchip,skip-scan-in-resume;
        pinctrl-names = "default";
        status = "okay";

飞凌嵌入式RK3576开发板提供的设备树经过优化，将不同功能模块的配置进行了清晰分离，方便开发者进行针对性修改。上述修改方法同样适用于其他GPIO引脚的控制需求，只需替换相应的GPIO组和引脚编号即可。

3.6 编译与验证

1. 编译kernel：参考SDK中提供的《OK3576-C_Linux编译手册》，使用飞凌优化的编译脚本（build.sh）可快速完成编译，生成新的boot.img（包含修改后的设备树）。
2. 烧写镜像：使用RK烧录工具（如RKDevTool），单独烧写boot.img到开发板。飞凌嵌入式RK3576开发板支持TF卡、USB、网络等多种烧录方式，方便开发调试。
3. 电平验证：
   • 上电后，立即用万用表测量R354电阻两端电平。
   • 进入uboot命令行（CTRL+C），观察电平是否保持高电平（若为高，则修改生效）。
   • 继续启动kernel，确认电平持续稳定（无异常拉低）。

四、总结

本方法通过利用RK U-Boot的kernel DTB机制，无需修改uboot代码，仅通过修改kernel设备树即可实现uboot阶段拉高GPIO，适用于对控制精度要求不高的场景。

本方法的核心要点如下：

• 硬件优先：确认GPIO上电初始状态，避免"上电即拉高"需求与软件控制时序冲突。
• 节点配置：使用regulator-fixed兼容驱动，通过regulator-boot-on确保uboot阶段生效。
• 冲突规避：注释掉原设备树中对同一GPIO的其他引用（如PCIe reset-gpios），防止引脚复用冲突。
• 实测验证：必须通过万用表或示波器确认uboot阶段和kernel阶段的GPIO电平稳定性。