贊譽
推薦序一
推薦序二
前言
第１章　Linux設備驅動概述及開發(fā)環(huán)境構建 1
1.1　設備驅動的作用 1
1.2　無操作系統(tǒng)時的設備驅動 2
1.3　有操作系統(tǒng)時的設備驅動 4
1.4　Linux設備驅動 5
1.4.1　設備的分類及特點 5
1.4.2　Linux設備驅動與整個軟硬件系統(tǒng)的關系 6
1.4.3　Linux設備驅動的重點、難點 7
1.5　Linux設備驅動的開發(fā)環(huán)境構建 8
1.5.1　PC上的Linux環(huán)境 8
1.5.2　QEMU實驗平臺 11
1.5.3　源代碼閱讀和編輯 13
1.6　設備驅動Hello World：LED驅動 15
1.6.1　無操作系統(tǒng)時的LED驅動 15
1.6.2　Linux下的LED驅動 15
第２章　驅動設計的硬件基礎 20
2.1　處理器 20
2.1.1　通用處理器 20
2.1.2　數(shù)字信號處理器 22
2.2　存儲器 24
2.3　接口與總線 28
2.3.1　串口 28
2.3.2　I2C 29
2.3.3　SPI 30
2.3.4　USB 31
2.3.5　以太網(wǎng)接口 33
2.3.6　PCI和PCI-E 34
2.3.7　SD和SDIO 36
2.4　CPLD和FPGA 37
2.5　原理圖分析 40
2.6　硬件時序分析 42
2.6.1　時序分析的概念 42
2.6.2　典型的硬件時序 43
2.7　芯片數(shù)據(jù)手冊閱讀方法 44
2.8　儀器儀表使用 47
2.8.1　萬用表 47
2.8.2　示波器 47
2.8.3　邏輯分析儀 49
2.9　總結 51
第３章　Linux內(nèi)核及內(nèi)核編程 52
3.1　Linux內(nèi)核的發(fā)展與演變 52
3.2　Linux 2.6后的內(nèi)核特點 56
3.3　Linux內(nèi)核的組成 59
3.3.1　Linux內(nèi)核源代碼的目錄結構 59
3.3.2　Linux內(nèi)核的組成部分 60
3.3.3　Linux內(nèi)核空間與用戶空間 64
3.4　Linux內(nèi)核的編譯及加載 64
3.4.1　Linux內(nèi)核的編譯 64
3.4.2　Kconfig和Makefile 66
3.4.3　Linux內(nèi)核的引導 74
3.5　Linux下的C編程特點 75
3.5.1　Linux編碼風格 75
3.5.2　GNU C與ANSI C 78
3.5.3　do { } while(0) 語句 83
3.5.4　goto語句 85
3.6　工具鏈 85
3.7　實驗室建設 88
3.8　串口工具 89
3.9　總結 91
第４章　Linux內(nèi)核模塊 92
4.1　Linux內(nèi)核模塊簡介 92
4.2　Linux內(nèi)核模塊程序結構 95
4.3　模塊加載函數(shù) 95
4.4　模塊卸載函數(shù) 97
4.5　模塊參數(shù) 97
4.6　導出符號 99
4.7　模塊聲明與描述 100
4.8　模塊的使用計數(shù) 100
4.9　模塊的編譯 101
4.10　使用模塊“繞開”GPL 102
4.11　總結 103
第５章　Linux文件系統(tǒng)與設備文件 104
5.1　Linux文件操作 104
5.1.1　文件操作系統(tǒng)調(diào)用 104
5.1.2　C庫文件操作 108
5.2　Linux文件系統(tǒng) 109
5.2.1　Linux文件系統(tǒng)目錄結構 109
5.2.2　Linux文件系統(tǒng)與設備驅動 110
5.3　devfs 114
5.4　udev用戶空間設備管理 116
5.4.1　udev與devfs的區(qū)別 116
5.4.2　sysfs文件系統(tǒng)與Linux設備模型 119
5.4.3　udev的組成 128
5.4.4　udev規(guī)則文件 129
5.5　總結 133
第６章　字符設備驅動 134
6.1　Linux字符設備驅動結構 134
6.1.1　cdev結構體 134
6.1.2　分配和釋放設備號 136
6.1.3　f?ile_operations結構體 136
6.1.4　Linux字符設備驅動的組成 138
6.2　globalmem虛擬設備實例描述 142
6.3　globalmem設備驅動 142
6.3.1　頭文件、宏及設備結構體 142
6.3.2　加載與卸載設備驅動 143
6.3.3　讀寫函數(shù) 144
6.3.4　seek函數(shù) 146
6.3.5　ioctl函數(shù) 146
6.3.6　使用文件私有數(shù)據(jù) 148
6.4　globalmem驅動在用戶空間中的驗證 156
6.5　總結 157
第７章　Linux設備驅動中的并發(fā)控制 158
7.1　并發(fā)與競態(tài) 158
7.2　編譯亂序和執(zhí)行亂序 160
7.3　中斷屏蔽 165
7.4　原子操作 166
7.4.1　整型原子操作 167
7.4.2　位原子操作 168
7.5　自旋鎖 169
7.5.1　自旋鎖的使用 169
7.5.2　讀寫自旋鎖 173
7.5.3　順序鎖 174
7.5.4　讀-復制-更新 176
7.6　信號量 181
7.7　互斥體 183
7.8　完成量 184
7.9　增加并發(fā)控制后的globalmem的設備驅動 185
7.10　總結 188
第８章　Linux設備驅動中的阻塞與非阻塞I/O 189
8.1　阻塞與非阻塞I/O 189
8.1.1　等待隊列 191
8.1.2　支持阻塞操作的globalf?ifo設備驅動 194
8.1.3　在用戶空間驗證globalf?ifo的讀寫 198
8.2　輪詢操作 198
8.2.1　輪詢的概念與作用 198
8.2.2　應用程序中的輪詢編程 199
8.2.3　設備驅動中的輪詢編程 201
8.3　支持輪詢操作的globalf?ifo驅動 202
8.3.1　在globalf?ifo驅動中增加輪詢操作 202
8.3.2　在用戶空間中驗證globalf?ifo設備的輪詢 203
8.4　總結 205
第９章　Linux設備驅動中的異步通知與異步I/O 206
9.1　異步通知的概念與作用 206
9.2　Linux異步通知編程 207
9.2.1　Linux信號 207
9.2.2　信號的接收 208
9.2.3　信號的釋放 210
9.3　支持異步通知的globalf?ifo驅動 212
9.3.1　在globalf?ifo驅動中增加異步通知 212
9.3.2　在用戶空間中驗證globalf?ifo的異步通知 214
9.4　Linux異步I/O 215
9.4.1　AIO概念與GNU C庫AIO 215
9.4.2　Linux內(nèi)核AIO與libaio 219
9.4.3　AIO與設備驅動 222
9.5　總結 223
第10章　中斷與時鐘 224
10.1　中斷與定時器 224
10.2　Linux中斷處理程序架構 227
10.3　Linux中斷編程 228
10.3.1　申請和釋放中斷 228
10.3.2　使能和屏蔽中斷 230
10.3.3　底半部機制 230
10.3.4　實例：GPIO按鍵的中斷 235
10.4　中斷共享 237
10.5　內(nèi)核定時器 238
10.5.1　內(nèi)核定時器編程 238
10.5.2　內(nèi)核中延遲的工作delayed_work 242
10.5.3　實例：秒字符設備 243
10.6　內(nèi)核延時 247
10.6.1　短延遲 247
10.6.2　長延遲 248
10.6.3　睡著延遲 248
10.7　總結 250
第11章　內(nèi)存與I/O訪問 251
11.1　CPU與內(nèi)存、I/O 251
11.1.1　內(nèi)存空間與I/O空間 251
11.1.2　內(nèi)存管理單元 252
11.2　Linux內(nèi)存管理 256
11.3　內(nèi)存存取 261
11.3.1　用戶空間內(nèi)存動態(tài)申請 261
11.3.2　內(nèi)核空間內(nèi)存動態(tài)申請 262
11.4　設備I/O端口和I/O內(nèi)存的訪問 267
11.4.1　Linux I/O端口和I/O內(nèi)存訪問接口 267
11.4.2　申請與釋放設備的I/O端口和I/O內(nèi)存 268
11.4.3　設備I/O端口和I/O內(nèi)存訪問流程 269
11.4.4　將設備地址映射到用戶空間 270
11.5　I/O內(nèi)存靜態(tài)映射 276
11.6　DMA 277
11.6.1　DMA與Cache一致性 278
11.6.2　Linux下的DMA編程 279
11.7　總結 285
第12章　Linux設備驅動的軟件架構思想 286
12.1　Linux驅動的軟件架構 286
12.2　platform設備驅動 290
12.2.1　platform總線、設備與驅動 290
12.2.2　將globalf?ifo作為platform設備 293
12.2.3　platform設備資源和數(shù)據(jù) 295
12.3　設備驅動的分層思想 299
12.3.1　設備驅動核心層和例化 299
12.3.2　輸入設備驅動 301
12.3.3　RTC設備驅動 306
12.3.4　Framebuffer設備驅動 309
12.3.5　終端設備驅動 311
12.3.6　misc設備驅動 316
12.3.7　驅動核心層 321
12.4　主機驅動與外設驅動分離的設計思想 321
12.4.1　主機驅動與外設驅動分離 321
12.4.2　Linux SPI主機和設備驅動 322
12.5　總結 330
第13章　Linux塊設備驅動 331
13.1　塊設備的I/O操作特點 331
13.2　Linux塊設備驅動結構 332
13.2.1　block_device_operations結構體 332
13.2.2　gendisk結構體 334
13.2.3　bio、request和request_queue 335
13.2.4　I/O調(diào)度器 339
13.3　Linux塊設備驅動的初始化 340
13.4　塊設備的打開與釋放 342
13.5　塊設備驅動的ioctl函數(shù) 342
13.6　塊設備驅動的I/O請求處理 343
13.6.1　使用請求隊列 343
13.6.2　不使用請求隊列 347
13.7　實例：vmem_disk驅動 349
13.7.1　vmem_disk的硬件原理 349
13.7.2　vmem_disk驅動模塊的加載與卸載 349
13.7.3　vmem_disk設備驅動的block_device_operations 351
13.7.4　vmem_disk的I/O請求處理 352
13.8　Linux MMC子系統(tǒng) 354
13.9　總結 357
第14章　Linux網(wǎng)絡設備驅動 358
14.1　Linux網(wǎng)絡設備驅動的結構 358
14.1.1　網(wǎng)絡協(xié)議接口層 359
14.1.2　網(wǎng)絡設備接口層 363
14.1.3　設備驅動功能層 367
14.2　網(wǎng)絡設備驅動的注冊與注銷 367
14.3　網(wǎng)絡設備的初始化 369
14.4　網(wǎng)絡設備的打開與釋放 370
14.5　數(shù)據(jù)發(fā)送流程 371
14.6　數(shù)據(jù)接收流程 372
14.7　網(wǎng)絡連接狀態(tài) 375
14.8　參數(shù)設置和統(tǒng)計數(shù)據(jù) 377
14.9　DM9000網(wǎng)卡設備驅動實例 380
14.9.1　DM9000網(wǎng)卡硬件描述 380
14.9.2　DM9000網(wǎng)卡驅動設計分析 380
14.10　總結 386
第15章　Linux I2C核心、總線與設備驅動 387
15.1　Linux I2C體系結構 387
15.2　Linux I2C核心 394
15.3　Linux I2C適配器驅動 396
15.3.1　I2C適配器驅動的注冊與注銷 396
15.3.2　I2C總線的通信方法 397
15.4　Linux I2C設備驅動 399
15.4.1　Linux I2C設備驅動的模塊加載與卸載 400
15.4.2　Linux I2C設備驅動的數(shù)據(jù)傳輸 400
15.4.3　Linux的i2c-dev.c文件分析 400
15.5　Tegra I2C總線驅動實例 405
15.6　AT24xx EEPROM的I2C設備驅動實例 410
15.7　總結 413
第16章　USB主機、設備與Gadget驅動 414
16.1　Linux USB驅動層次 414
16.1.1　主機側與設備側USB驅動 414
16.1.2　設備、配置、接口、端點 415
16.2　USB主機控制器驅動 420
16.2.1　USB主機控制器驅動的整體結構 420
16.2.2　實例：Chipidea USB主機驅動 425
16.3　USB設備驅動 425
16.3.1　USB設備驅動的整體結構 425
16.3.2　USB請求塊 430
16.3.3　探測和斷開函數(shù) 435
16.3.4　USB骨架程序 436
16.3.5　實例：USB鍵盤驅動 443
16.4　USB UDC與Gadget驅動 446
16.4.1　UDC和Gadget驅動的關鍵數(shù)據(jù)結構與API 446
16.4.2　實例：Chipidea USB UDC驅動 451
16.4.3　實例：Loopback Function驅動 453
16.5　USB OTG驅動 456
16.6　總結 458
第17章　I2C、SPI、USB驅動架構類比 459
17.1　I2C、SPI、USB驅動架構 459
17.2　I2C主機和外設眼里的Linux世界 460
第18章　ARM Linux設備樹 461
18.1　ARM設備樹起源 461
18.2　設備樹的組成和結構 462
18.2.1　DTS、DTC和DTB等 462
18.2.2　根節(jié)點兼容性 468
18.2.3　設備節(jié)點兼容性 470
18.2.4　設備節(jié)點及l(fā)abel的命名 475
18.2.5　地址編碼 477
18.2.6　中斷連接 479
18.2.7　GPIO、時鐘、pinmux連接 480
18.3　由設備樹引發(fā)的BSP和驅動變更 484
18.4　常用的OF API 490
18.5　總結 493
第19章　Linux電源管理的系統(tǒng)架構和驅動 494
19.1　Linux電源管理的全局架構 494
19.2　CPUFreq驅動 495
19.2.1　SoC的CPUFreq驅動實現(xiàn) 495
19.2.2　CPUFreq的策略 501
19.2.3　CPUFreq的性能測試和調(diào)優(yōu) 501
19.2.4　CPUFreq通知 502
19.3　CPUIdle驅動 504
19.4　PowerTop 508
19.5　Regulator驅動 508
19.6　OPP 511
19.7　PM QoS 515
19.8　CPU熱插拔 518
19.9　掛起到RAM 522
19.10　運行時的PM 528
19.11　總結 534
第20章　Linux芯片級移植及底層驅動 535
20.1　ARM Linux底層驅動的組成和現(xiàn)狀 535
20.2　內(nèi)核節(jié)拍驅動 536
20.3　中斷控制器驅動 541
20.4　SMP多核啟動以及CPU熱插拔驅動 549
20.5　DEBUG_LL和EARLY_PRINTK的設置 556
20.6　GPIO驅動 557
20.7　pinctrl驅動 560
20.8　時鐘驅動 572
20.9　dmaengine驅動 578
20.10　總結 580
第21章　Linux設備驅動的調(diào)試 581
21.1　GDB調(diào)試器的用法 581
21.1.1　GDB的基本用法 581
21.1.2　DDD圖形界面調(diào)試工具 591
21.2　Linux內(nèi)核調(diào)試 594
21.3　內(nèi)核打印信息——printk() 596
21.4　DEBUG_LL和EARLY_PRINTK 599
21.5　使用“/proc” 600
21.6　Oops 606
21.7　BUG_ON()和WARN_ON() 608
21.8　strace 609
21.9　KGDB 610
21.10　使用仿真器調(diào)試內(nèi)核 612
21.11　應用程序調(diào)試 613
21.12　Linux性能監(jiān)控與調(diào)優(yōu)工具 616
21.13　總結 618