Linux设备驱动开发详解 基于最新的Linux 4.0内核PDF电子书下载

第1章 Linux设备驱动概述及开发环境构建 1

1.1 设备驱动的作用 1

1.2 无操作系统时的设备驱动 2

1.3 有操作系统时的设备驱动 4

1.4 Linux设备驱动 5

1.4.1 设备的分类及特点 5

1.4.2 Linux设备驱动与整个软硬件系统的关系 6

1.4.3 Linux设备驱动的重点、难点 7

1.5 Linux设备驱动的开发环境构建 8

1.5.1 PC上的Linux环境 8

1.5.2 QEMU实验平台 11

1.5.3 源代码阅读和编辑 13

1.6 设备驱动Hello World： LED驱动 15

1.6.1 无操作系统时的LED驱动 15

1.6.2 Linux下的LED驱动 15

第2章 驱动设计的硬件基础 20

2.1 处理器 20

2.1.1 通用处理器 20

2.1.2 数字信号处理器 22

2.2 存储器 24

2.3 接口与总线 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 以太网接口 33

2.3.6 PCI和PCI-E 34

2.3.7 SD和SDIO 36

2.4 CPLD和FPGA 37

2.5 原理图分析 40

2.6 硬件时序分析 42

2.6.1 时序分析的概念 42

2.6.2 典型的硬件时序 43

2.7 芯片数据手册阅读方法 44

2.8 仪器仪表使用 47

2.8.1 万用表 47

2.8.2 示波器 47

2.8.3 逻辑分析仪 49

2.9 总结 51

第3章 Linux内核及内核编程 52

3.1 Linux内核的发展与演变 52

3.2 Linux 2.6后的内核特点 56

3.3 Linux内核的组成 59

3.3.1 Linux内核源代码的目录结构 59

3.3.2 Linux内核的组成部分 60

3.3.3 Linux内核空间与用户空间 64

3.4 Linux内核的编译及加载 64

3.4.1 Linux内核的编译 64

3.4.2 Kconfig和Makefile 66

3.4.3 Linux内核的引导 74

3.5 Linux下的C编程特点 75

3.5.1 Linux编码风格 75

3.5.2 GNU C与ANSI C 78

3.5.3 do｛｝while（0）语句 83

3.5.4 goto语句 85

3.6 工具链 85

3.7 实验室建设 88

3.8 串口工具 89

3.9 总结 91

第4章 Linux内核模块 92

4.1 Linux内核模块简介 92

4.2 Linux内核模块程序结构 95

4.3 模块加载函数 95

4.4 模块卸载函数 97

4.5 模块参数 97

4.6 导出符号 99

4.7 模块声明与描述 100

4.8 模块的使用计数 100

4.9 模块的编译 101

4.10 使用模块“绕开”GPL 102

4.11 总结 103

第5章 Linux文件系统与设备文件 104

5.1 Linux文件操作 104

5.1.1 文件操作系统调用 104

5.1.2 C库文件操作 108

5.2 Linux文件系统 109

5.2.1 Linux文件系统目录结构 109

5.2.2 Linux文件系统与设备驱动 110

5.3 devfs 114

5.4 udev用户空间设备管理 116

5.4.1 udev与devfs的区别 116

5.4.2 sysfs文件系统与Linux设备模型 119

5.4.3 udev的组成 128

5.4.4 udev规则文件 129

5.5 总结 133

第6章 字符设备驱动 134

6.1 Linux字符设备驱动结构 134

6.1.1 cdev结构体 134

6.1.2 分配和释放设备号 136

6.1.3 file＿operations结构体 136

6.1.4 Linux字符设备驱动的组成 138

6.2 globalmem虚拟设备实例描述 142

6.3 globalmem设备驱动 142

6.3.1 头文件、宏及设备结构体 142

6.3.2 加载与卸载设备驱动 143

6.3.3 读写函数 144

6.3.4 seek函数 146

6.3.5 ioctl函数 146

6.3.6 使用文件私有数据 148

6.4 globalmem驱动在用户空间中的验证 156

6.5 总结 157

第7章 Linux设备驱动中的并发控制 158

7.1 并发与竞态 158

7.2 编译乱序和执行乱序 160

7.3 中断屏蔽 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 自旋锁 169

7.5.1 自旋锁的使用 169

7.5.2 读写自旋锁 173

7.5.3 顺序锁 174

7.5.4 读-复制-更新 176

7.6 信号量 181

7.7 互斥体 183

7.8 完成量 184

7.9 增加并发控制后的globalmem的设备驱动 185

7.10 总结 188

第8章 Linux设备驱动中的阻塞与非阻塞I/O 189

8.1 阻塞与非阻塞I/O 189

8.1.1 等待队列 191

8.1.2 支持阻塞操作的globalfifo设备驱动 194

8.1.3 在用户空间验证globalfifo的读写 198

8.2 轮询操作 198

8.2.1 轮询的概念与作用 198

8.2.2 应用程序中的轮询编程 199

8.2.3 设备驱动中的轮询编程 201

8.3 支持轮询操作的globalfifo驱动 202

8.3.1 在globalfifo驱动中增加轮询操作 202

8.3.2 在用户空间中验证globalfifo设备的轮询 203

8.4 总结 205

第9章 Linux设备驱动中的异步通知与异步I/O 206

9.1 异步通知的概念与作用 206

9.2 Linux异步通知编程 207

9.2.1 Linux信号 207

9.2.2 信号的接收 208

9.2.3 信号的释放 210

9.3 支持异步通知的globalfifo驱动 212

9.3.1 在globalfifo驱动中增加异步通知 212

9.3.2 在用户空间中验证globalfifo的异步通知 214

9.4 Linux异步I/O 215

9.4.1 AIO概念与GNU C库AIO 215

9.4.2 Linux内核AIO与libaio 219

9.4.3 AIO与设备驱动 222

9.5 总结 223

第10章 中断与时钟 224

10.1 中断与定时器 224

10.2 Linux中断处理程序架构 227

10.3 Linux中断编程 228

10.3.1 申请和释放中断 228

10.3.2 使能和屏蔽中断 230

10.3.3 底半部机制 230

10.3.4 实例：GPIO按键的中断 235

10.4 中断共享 237

10.5 内核定时器 238

10.5.1 内核定时器编程 238

10.5.2 内核中延迟的工作delayed＿work 242

10.5.3 实例：秒字符设备 243

10.6 内核延时 247

10.6.1 短延迟 247

10.6.2 长延迟 248

10.6.3 睡着延迟 248

10.7 总结 250

第11章 内存与I/O访问 251

11.1 CPU与内存、I/O 251

11.1.1 内存空间与I/O空间 251

11.1.2 内存管理单元 252

11.2 Linux内存管理 256

11.3 内存存取 261

11.3.1 用户空间内存动态申请 261

11.3.2 内核空间内存动态申请 262

11.4 设备I/O端口和I/O内存的访问 267

11.4.1 Linux I/O端口和I/O内存访问接口 267

11.4.2 申请与释放设备的I/O端口和I/O内存 268

11.4.3 设备I/O端口和I/O内存访问流程 269

11.4.4 将设备地址映射到用户空间 270

11.5 I/O内存静态映射 276

11.6 DMA 277

11.6.1 DMA与Cache一致性 278

11.6.2 Linux下的DMA编程 279

11.7 总结 285

第12章 Linux设备驱动的软件架构思想 286

12.1 Linux驱动的软件架构 286

12.2 platform设备驱动 290

12.2.1 platform总线、设备与驱动 290

12.2.2 将globalfifo作为platform设备 293

12.2.3 platform设备资源和数据 295

12.3 设备驱动的分层思想 299

12.3.1 设备驱动核心层和例化 299

12.3.2 输入设备驱动 301

12.3.3 RTC设备驱动 306

12.3.4 Framebuffer设备驱动 309

12.3.5 终端设备驱动 311

12.3.6 misc设备驱动 316

12.3.7 驱动核心层 321

12.4 主机驱动与外设驱动分离的设计思想 321

12.4.1 主机驱动与外设驱动分离 321

12.4.2 Linux SPI主机和设备驱动 322

12.5 总结 330

第13章 Linux块设备驱动 331

13.1 块设备的I/O操作特点 331

13.2 Linux块设备驱动结构 332

13.2.1 block＿device＿operations结构体 332

13.2.2 gendisk结构体 334

13.2.3 bio、request和request＿queue 335

13.2.4 I/O调度器 339

13.3 Linux块设备驱动的初始化 340

13.4 块设备的打开与释放 342

13.5 块设备驱动的ioctl函数 342

13.6 块设备驱动的I/O请求处理 343

13.6.1 使用请求队列 343

13.6.2 不使用请求队列 347

13.7 实例：vmem＿disk驱动 349

13.7.1 vmem＿disk的硬件原理 349

13.7.2 vmem＿disk驱动模块的加载与卸载 349

13.7.3 vmem＿disk设备驱动的block＿device＿operations 351

13.7.4 vmem＿disk的I/O请求处理 352

13.8 Linux MMC子系统 354

13.9 总结 357

第14章 Linux网络设备驱动 358

14.1 Linux网络设备驱动的结构 358

14.1.1 网络协议接口层 359

14.1.2 网络设备接口层 363

14.1.3 设备驱动功能层 367

14.2 网络设备驱动的注册与注销 367

14.3 网络设备的初始化 369

14.4 网络设备的打开与释放 370

14.5 数据发送流程 371

14.6 数据接收流程 372

14.7 网络连接状态 375

14.8 参数设置和统计数据 377

14.9 DM9000网卡设备驱动实例 380

14.9.1 DM9000网卡硬件描述 380

14.9.2 DM9000网卡驱动设计分析 380

14.10 总结 386

第15章 Linux I2C核心、总线与设备驱动 387

15.1 Linux I2C体系结构 387

15.2 Linux I2C核心 394

15.3 Linux I2C适配器驱动 396

15.3.1 I2C适配器驱动的注册与注销 396

15.3.2 I2C总线的通信方法 397

15.4 Linux I2C设备驱动 399

15.4.1 Linux I2C设备驱动的模块加载与卸载 400

15.4.2 Linux I2C设备驱动的数据传输 400

15.4.3 Linux的i2c-dev.c文件分析 400

15.5 Tegra I2C总线驱动实例 405

15.6 AT24xx EEPROM的I2C设备驱动实例 410

15.7 总结 413

第16章 USB主机、设备与Gadget驱动 414

16.1 Linux USB驱动层次 414

16.1.1 主机侧与设备侧USB驱动 414

16.1.2 设备、配置、接口、端点 415

16.2 USB主机控制器驱动 420

16.2.1 USB主机控制器驱动的整体结构 420

16.2.2 实例：Chipidea USB主机驱动 425

16.3 USB设备驱动 425

16.3.1 USB设备驱动的整体结构 425

16.3.2 USB请求块 430

16.3.3 探测和断开函数 435

16.3.4 USB骨架程序 436

16.3.5 实例：USB键盘驱动 443

16.4 USB UDC与Gadget驱动 446

16.4.1 UDC和Gadget驱动的关键数据结构与API 446

16.4.2 实例：Chipidea USB UDC驱动 451

16.4.3 实例：Loopback Function驱动 453

16.5 USB OTG驱动 456

16.6 总结 458

第17章 I2C、 SPI、 USB驱动架构类比 459

17.1 I2C、 SPI、 USB驱动架构 459

17.2 I2C主机和外设眼里的Linux世界 460

第18章 ARM Linux设备树 461

18.1 ARM设备树起源 461

18.2 设备树的组成和结构 462

18.2.1 DTS、DTC和DTB等 462

18.2.2 根节点兼容性 468

18.2.3 设备节点兼容性 470

18.2.4 设备节点及label的命名 475

18.2.5 地址编码 477

18.2.6 中断连接 479

18.2.7 GPIO、时钟、pinmux连接 480

18.3 由设备树引发的BSP和驱动变更 484

18.4 常用的OF API 490

18.5 总结 493

第19章 Linux电源管理的系统架构和驱动 494

19.1 Linux电源管理的全局架构 494

19.2 CPUFreq驱动 495

19.2.1 SoC的CPUFreq驱动实现 495

19.2.2 CPUFreq的策略 501

19.2.3 CPUFreq的性能测试和调优 501

19.2.4 CPUFreq通知 502

19.3 CPUIdle驱动 504

19.4 PowerTop 508

19.5 Regulator驱动 508

19.6 OPP 511

19.7 PM QoS 515

19.8 CPU热插拔 518

19.9 挂起到RAM 522

19.10 运行时的PM 528

19.11 总结 534

第20章 Linux芯片级移植及底层驱动 535

20.1 ARM＿Linux底层驱动的组成和现状 535

20.2 内核节拍驱动 536

20.3 中断控制器驱动 541

20.4 SMP多核启动以及CPU热插拔驱动 549

20.5 DEBUG＿LL和EARLY＿PRINTK的设置 556

20.6 GPIO驱动 557

20.7 pinctrl驱动 560

20.8 时钟驱动 572

20.9 dmaengine驱动 578

20.10 总结 580

第21章 Linux设备驱动的调试 581

21.1 GDB调试器的用法 581

21.1.1 GDB的基本用法 581

21.1.2 DDD图形界面调试工具 591

21.2 Linux内核调试 594

21.3 内核打印信息——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 使用仿真器调试内核 612

21.11 应用程序调试 613

21.12 Linux性能监控与调优工具 616

21.13 总结 618