第1篇 Linux设备驱动入门 2
第1章 Linux设备驱动概述及开发环境构建 2
1.1 设备驱动的作用 3
1.2 无操作系统时的设备驱动 3
1.3 有操作系统时的设备驱动 5
1.4 Linux设备驱动 6
1.4.1 设备的分类及特点 6
1.4.2 Linux设备驱动与整个软硬件系统的关系 7
1.4.3 Linux设备驱动的重点、难点 8
1.5 Linux设备驱动开发环境构建 8
1.5.1 PC上的Linux环境 8
1.5.2 LDD6410开发板 11
1.5.3 工具链安装 13
1.5.4 主机端nfs和tftp服务安装 14
1.5.5 源代码阅读和编辑 14
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 16
1.7 全书结构 19
第2章 驱动设计的硬件基础 21
2.1 处理器 22
2.1.1 通用处理器 22
2.1.2 数字信号处理器 23
2.2 存储器 25
2.3 接口与总线 29
2.3.1 串口 29
2.3.2 I2C 30
2.3.3 USB 31
2.3.4 以太网接口 33
2.3.5 ISA 34
2.3.6 PCI和cPCI 35
2.4 CPLD和FPGA 38
2.5 原理图分析 41
2.5.1 原理图分析的内容 41
2.5.2 原理图的分析方法 41
2.6 硬件时序分析 43
2.6.1 时序分析的概念 43
2.6.2 典型硬件时序 44
2.7 芯片手册阅读方法 45
2.8 仪器仪表使用 48
2.8.1 万用表 48
2.8.2 示波器 48
2.8.3 逻辑分析仪 50
2.9 总结 52
第3章 Linux内核及内核编程 53
3.1 Linux内核的发展与演变 54
3.2 Linux 2.6内核的特点 55
3.3 Linux内核的组成 56
3.3.1 Linux内核源代码目录结构 56
3.3.2 Linux内核的组成部分 57
3.3.3 Linux内核空间与用户空间 60
3.4 Linux内核的编译及加载 60
3.4.1 Linux内核的编译 60
3.4.2 Kconfig和Makefile 62
3.4.3 Linux内核的引导 69
3.5 Linux下的C编程特点 71
3.5.1 Linux编码风格 71
3.5.2 GNU C与ANSI C 73
3.5.3 do{}while(0) 77
3.5.4 goto 78
3.6 总结 79
第2篇 Linux设备驱动核心理论 82
第4章 Linux内核模块 82
4.1 Linux内核模块简介 83
4.2 Linux内核模块程序结构 85
4.3 模块加载函数 85
4.4 模块卸载函数 86
4.5 模块参数 87
4.6 导出符号 88
4.7 模块声明与描述 89
4.8 模块的使用计数 89
4.9 模块的编译 90
4.10 使用模块绕开GPL 91
4.11 总结 91
第5章 Linux文件系统与设备文件系统 92
5.1 Linux文件操作 93
5.1.1 文件操作系统调用 93
5.1.2 C库文件操作 95
5.2 Linux文件系统 97
5.2.1 Linux文件系统目录结构 97
5.2.2 Linux文件系统与设备驱动 98
5.3 devfs设备文件系统 101
5.4 udev设备文件系统 102
5.4.1 udev与devfs的区别 102
5.4.2 sysfs文件系统与Linux设备模型 104
5.4.3 udev的组成 110
5.4.4 udev规则文件 111
5.4.5 创建和配置mdev 113
5.5 LDD6410的SD和NAND文件系统 114
5.6 总结 116
第6章 字符设备驱动 118
6.1 Linux字符设备驱动结构 119
6.1.1 cdev结构体 119
6.1.2 分配和释放设备号 120
6.1.3 file_operations结构体 120
6.1.4 Linux字符设备驱动的组成 122
6.2 globalmem虚拟设备实例描述 124
6.3 globalmem设备驱动 125
6.3.1 头文件、宏及设备结构体 125
6.3.2 加载与卸载设备驱动 126
6.3.3 读写函数 127
6.3.4 seek函数 128
6.3.5 ioctl函数 129
6.3.6 使用文件私有数据 130
6.4 globalmem驱动在用户空间的验证 136
6.5 总结 138
第7章 Linux设备驱动中的并发控制 139
7.1 并发与竞态 140
7.2 中断屏蔽 141
7.3 原子操作 142
7.3.1 整型原子操作 142
7.3.2 位原子操作 142
7.4 自旋锁 143
7.4.1 自旋锁的使用 143
7.4.2 读写自旋锁 145
7.4.3 顺序锁 147
7.4.4 读-拷贝-更新 148
7.5 信号量 152
7.5.1 信号量的使用 152
7.5.2 信号量用于同步 154
7.5.3 完成量用于同步 154
7.5.4 自旋锁vs信号量 155
7.5.5 读写信号量 155
7.6 互斥体 156
7.7 增加并发控制后的globalmem驱动 157
7.8 总结 160
第8章 Linux设备驱动中的阻塞与非阻塞I/O 161
8.1 阻塞与非阻塞I/O 162
8.1.1 等待队列 162
8.1.2 支持阻塞操作的globalfifo设备驱动 166
8.1.3 在用户空间验证globalfifo的读写 171
8.2 轮询操作 172
8.2.1 轮询的概念与作用 172
8.2.2 应用程序中的轮询编程 172
8.2.3 设备驱动中的轮询编程 172
8.3 支持轮询操作的globalfifo驱动 173
8.3.1 在globalfifo驱动中增加轮询操作 173
8.3.2 在用户空间验证globalfifo设备的轮询 174
8.4 总结 175
第9章 Linux设备驱动中的异步通知与异步I/O 176
9.1 异步通知的概念与作用 177
9.2 Linux异步通知编程 177
9.2.1 Linux信号 177
9.2.2 信号的接收 179
9.2.3 信号的释放 180
9.3 支持异步通知的globalfifo驱动 182
9.3.1 在globalfifo驱动中增加异步通知 182
9.3.2 在用户空间验证globalfifo的异步通知 184
9.4 Linux 2.6异步I/O 185
9.4.1 AIO概念与GNUC库函数 185
9.4.2 使用信号作为AIO的通知 188
9.4.3 使用回调函数作为AIO的通知 189
9.4.4 AIO与设备驱动 190
9.5 总结 192
第10章 中断与时钟 193
10.1 中断与定时器 194
10.2 Linux中断处理程序架构 195
10.3 Linux中断编程 196
10.3.1 申请和释放中断 196
10.3.2 使能和屏蔽中断 197
10.3.3 底半部机制 197
10.3.4 实例：S3C6410实时钟中断 200
10.4 中断共享 202
10.5 内核定时器 203
10.5.1 内核定时器编程 203
10.5.2 内核中延迟的工作delayed_work 205
10.5.3 实例：秒字符设备 206
10.6 内核延时 210
10.6.1 短延迟 210
10.6.2 长延迟 210
10.6.3 睡着延迟 211
10.7 总结 212
第11章 内存与I/O访问 213
11.1 CPU与内存和I/O 214
11.1.1 内存空间与I/O空间 214
11.1.2 内存管理单元MMU 215
11.2 Linux内存管理 218
11.3 内存存取 220
11.3.1 用户空间内存动态申请 220
11.3.2 内核空间内存动态申请 221
11.3.3 虚拟地址与物理地址关系 224
11.4 设备I/O端口和I/O内存的访问 225
11.4.1 Linux I/O端口和I/O内存访问接口 225
11.4.2 申请与释放设备I/O端口和I/O内存 226
11.4.3 设备I/O端口和I/O内存访问流程 227
11.4.4 将设备地址映射到用户空间 228
11.5 I/O内存静态映射 233
11.6 DMA 236
11.6.1 DMA与Cache一致性 236
11.6.2 Linux下的DMA编程 237
11.7 总结 241
第12章 工程中的Linux设备驱动 242
12.1 platform设备驱动 243
12.1.1 platform总线、设备与驱动 243
12.1.2 将globalfifo作为platform设备 244
12.1.3 platform设备资源和数据 246
12.2 设备驱动的分层思想 248
12.2.1 设备驱动核心层和例化 248
12.2.2 输入设备驱动 249
12.2.3 RTC设备驱动 254
12.3 主机驱动与外设驱动分离思想 255
12.3.1 主机、外设驱动分离的意义 255
12.3.2 Linux SPI主机和设备驱动 256
12.4 设备驱动中的电源管理 260
12.5 misc设备驱动 262
12.6 基于sysfs的设备驱动 263
12.7 Linux设备驱动的固件加载 265
12.8 Android设备驱动 266
12.9 总结 269
第3篇 Linux设备驱动实例 272
第13章 Linux块设备驱动 272
13.1 块设备的I/O操作特点 273
13.2 Linux块设备驱动结构 273
13.2.1 block_device_operations结构体 273
13.2.2 gendisk结构体 274
13.2.3 request与bio结构体 276
13.2.4 块设备驱动注册与注销 285
13.3 Linux块设备驱动的模块加载与卸载 286
13.4 块设备的打开与释放 288
13.5 块设备驱动的ioctl函数 288
13.6 块设备驱动的I/O请求处理 289
13.6.1 使用请求队列 289
13.6.2 不使用请求队列 291
13.7 实例1：vmem_disk驱动 292
13.7.1 vmem_disk的硬件原理 292
13.7.2 vmem_disk驱动模块的加载与卸载 293
13.7.3 vmem_disk设备驱动block_device_operations及成员函数 296
13.7.4 vmem_disk I/O请求处理 298
13.8 实例2：IDE硬盘设备驱动 300
13.9 总结 303
第14章 Linux终端设备驱动 304
14.1 终端设备 305
14.2 终端设备驱动结构 307
14.3 终端设备驱动初始化与释放 311
14.3.1 模块加载与卸载函数 311
14.3.2 打开与关闭函数 312
14.4 数据发送和接收 313
14.5 TTY线路设置 316
14.5.1 线路设置用户空间接口 316
14.5.2 tty驱动set_termios函数 317
14.5.3 tty驱动的tiocmget和tiocmset函数 318
14.5.4 tty驱动ioctl函数 319
14.6 UART设备驱动 320
14.7 printk和early_printk console驱动 325
14.8 实例：S3C6410串口与console驱动 328
14.8.1 S3C6410串口硬件描述 328
14.8.2 S3C6410串口UART驱动 330
14.8.3 S3C6410串口console驱动 331
14.9 总结 332
第15章 Linux的I2C核心、总线与设备驱动 333
15.1 Linux的I2C体系结构 334
15.2 Linux I2C核心 339
15.3 Linux I2C总线驱动 341
15.3.1 I2C适配器驱动加载与卸载 341
15.3.2 I2C总线通信方法 342
15.4 Linux I2C设备驱动 344
15.4.1 Linux I2C设备驱动的模块加载与卸载 344
15.4.2 Linux I2C设备驱动的数据传输 344
15.4.3 Linux的i2c-dev.c文件分析 345
15.5 S3C6410 I2C总线驱动实例 349
15.5.1 S3C6410 I2C控制器硬件描述 349
15.5.2 S3C6410 I2C总线驱动总体分析 349
15.5.3 S3C6410 I2C适配器驱动的模块加载与卸载 350
15.5.4 S3C6410 I2C总线通信方法 354
15.6 AT24XX EEPROM的I2C设备驱动实例 359
15.7 总结 362
第16章 Linux网络设备驱动 363
16.1 Linux网络设备驱动的结构 364
16.1.1 网络协议接口层 364
16.1.2 网络设备接口层 366
16.1.3 设备驱动功能层 369
16.1.4 网络设备与媒介层 369
16.2 网络设备驱动的注册与注销 369
16.3 网络设备的初始化 371
16.4 网络设备的打开与释放 372
16.5 数据发送流程 373
16.6 数据接收流程 374
16.7 网络连接状态 377
16.8 参数设置和统计数据 378
16.9 DM9000网卡设备驱动实例 381
16.9.1 DM9000网卡硬件描述 381
16.9.2 DM9000网卡驱动设计分析 383
16.10 总结 387
第17章 Linux音频设备驱动 388
17.1 数字音频设备 389
17.2 音频设备硬件接口 390
17.2.1 PCM接口 390
17.2.2 IIS接口 390
17.2.3 AC'97接口 390
17.3 Linux OSS音频设备驱动 391
17.3.1 OSS驱动的组成 391
17.3.2 mixer接口 392
17.3.3 dsp接口 393
17.3.4 OSS用户空间编程 394
17.4 Linux ALSA音频设备驱动 399
17.4.1 ALSA的组成 399
17.4.2 card和组件管理 400
17.4.3 PCM设备 402
17.4.4 控制接口 412
17.4.5 AC97 API接口 416
17.4.6 ALSA用户空间编程 418
17.5 Linux ASoC音频设备驱动 423
17.5.1 ASoC驱动的组成 423
17.5.2 ASoC Codec驱动 423
17.5.3 ASoC平台驱动 426
17.5.4 ASoC板驱动 429
17.6 S3C6410+WM9714 ASoC驱动实例 430
17.7 总结 439
第18章 LCD设备驱动 440
18.1 LCD硬件原理 441
18.2 帧缓冲 443
18.2.1 帧缓冲的概念 443
18.2.2 显示缓冲区与显示点 443
18.2.3 Linux帧缓冲相关数据结构与函数 444
18.3 Linux帧缓冲设备驱动结构 450
18.4 帧缓冲设备驱动的模块加载与卸载函数 450
18.5 帧缓冲设备显示缓冲区的申请与释放 452
18.6 帧缓冲设备的参数设置 453
18.6.1 定时参数 453
18.6.2 像素时钟 454
18.6.3 颜色位域 454
18.6.4 固定参数 455
18.7 帧缓冲设备驱动的fb_ops成员函数 455
18.8 LCD设备驱动的读写、mmap和ioctl函数 456
18.9 帧缓冲设备的用户空间访问 461
18.10 Linux图形用户界面 463
18.10.1 Qt-X11/QtEmbedded/Qtopia 463
18.10.2 Microwindows/Nano-X 468
18.10.3 MiniGUI 470
18.10.4 Android 472
18.11 实例：S3C6410 LCD设备驱动 473
18.12 总结 478
第19章 Flash设备驱动 479
19.1 Linux Flash驱动结构 480
19.1.1 Linux MTD系统层次 480
19.1.2 Linux MTD系统接口 480
19.1.3 MTD用户空间编程 485
19.2 NOR Flash驱动 488
19.3 NAND Flash驱动 491
19.4 NOR Flash驱动实例：S3C6410外围的NOR Flash驱动 496
19.5 NAND Flash驱动实例：S3C6410外围的NAND Flash驱动 497
19.5.1 S3C6410 NAND控制器硬件描述 497
19.5.2 S3C6410 nand chip初始化与NAND探测 498
19.6 Flash文件系统的建立 500
19.6.1 Flash转换层 500
19.6.2 CramFS 501
19.6.3 JFFS/JFFS2 501
19.6.4 YAFFS/YAFFS2 502
19.6.5 UBI/UBIFS 505
19.7 总结 506
第20章 USB主机与设备驱动 507
20.1 Linux USB驱动层次 508
20.1.1 主机侧与设备侧USB驱动 508
20.1.2 设备、配置、接口、端点 509
20.2 USB主机控制器驱动 512
20.2.1 USB主机控制器驱动的整体结构 512
20.2.2 实例：S3C6410 USB 1.1主机驱动 516
20.3 USB设备驱动 518
20.3.1 USB设备驱动整体结构 518
20.3.2 USB请求块（URB） 523
20.3.3 探测和断开函数 527
20.3.4 USB骨架程序 528
20.3.5 实例：USB键盘驱动 534
20.4 USB UDC与gadget驱动 536
20.4.1 UDC和gadget驱动关键数据结构与API 536
20.4.2 实例：S3C6410 USB 2.0的UDC驱动 540
20.4.3 实例：file storage gadget驱动 542
20.5 USB OTG驱动 544
20.6 总结 545
第21章 PCI设备驱动 547
21.1 PCI总线与配置空间 548
21.1.1 PCI总线的Linux描述 548
21.1.2 PCI设备的Linux描述 550
21.1.3 PCI配置空间访问 551
21.1.4 PCI DMA相关的API 555
21.1.5 PCI设备驱动其他常用API 555
21.2 PCI设备驱动结构 556
21.2.1 PCI设备驱动的组成 556
21.2.2 实例：PCI骨架程序 560
21.3 总结 562
第4篇 Linux设备驱动调试、移植 564
第22章 Linux设备驱动的调试 564
22.1 Linux开发环境建设 565
22.1.1 实验室建设 565
22.1.2 工具链 566
22.1.3 串口工具 567
22.2 GDB调试器用法 570
22.2.1 GDB基本用法 570
22.2.2 DDD图形界面调试工具 578
22.3 Linux内核调试 580
22.4 内核打印信息——printk() 581
22.5 使用／proc 582
22.6 Oops 586
22.7 监视工具 588
22.8 内核调试器 589
22.8.1 kcore 589
22.8.2 KDB 592
22.8.3 KGDB 594
22.9 使用仿真器调试内核 595
22.10 应用程序调试 596
22.11 Linux性能监控与调优工具 598
22.12 总结 601
第23章 Linux设备驱动的移植 602
23.1 编写可移植的设备驱动 603
23.1.1 可移植的数据类型 603
23.1.2 结构体对界 604
23.1.3 Little Endian与Big Endian 605
23.1.4 内存页面大小 605
23.2 巧用同类设备驱动 606
23.2.1 巧用demo板驱动 606
23.2.2 巧用类似芯片的驱动程序 606
23.2.3 借用芯片厂商的范例程序 609
23.3 从Linux 2.4移植设备驱动到Linux 2.6 610
23.4 Linux与其他操作系统之间的驱动移植 618
23.5 Linux内核的移植 626
23.6 总结 630
参考文献 631