精通Linux设备驱动程序开发

Sreekrishnan Venkateswaran，世界Linux开发技术专家。在IBM工作多年，有丰富的嵌入式Linux和驱动程序开发经验，曾将Linux移植到了手表、音乐播放器、VoIP电话、心脏起搏器以及远程门诊监控系统等设备上。目前是IBM印度公司的嵌入式解决方案组负责人。他曾担任Linux Magazine的特邀编辑，主持内核技术专栏。

第1章引言 1
1．1演进 1
1．2GNU Copyleft 2
1．3kernel．org 2
1．4邮件列表和论坛 3
1．5Linux发行版 3
1．6查看源代码 4
1．7编译内核 7
1．8可加载的模块 8
1．9整装待发 9
第2章内核 11
2．1启动过程 11
2．1．1BIOS-provided physical RAM map 12
2．1．2758MB LOWMEM available 14
2．1．3Kernel command line： ro
root=/dev/hda1 14
2．1．4Calibrating delay．．．1197．46
BogoMIPS (lpj=2394935) 15
2．1．5Checking HLT instruction 16
2．1．6NET： Registered protocol family 2 17
2．1．7Freeing initrd memory： 387k freed 17
2．1．8io scheduler anticipatory
registered (default) 18
2．1．9Setting up standard PCI resources 18
2．1．10EXT3-fs： mounted filesystem 19
2．1．11INIT： version 2．85 booting 19
2．2内核模式和用户模式 20
2．3进程上下文和中断上下文 20
2．4内核定时器 21
2．4．1HZ和Jiffies 21
2．4．2长延时 22
2．4．3短延时 24
2．4．4Pentium时间戳计数器 24
2．4．5实时钟 25
2．5内核中的并发 26
2．5．1自旋锁和互斥体 26
2．5．2原子操作 30
2．5．3读—写锁 31
2．5．4调试 32
2．6proc文件系统 32
2．7内存分配 33
2．8查看源代码 34
第3章内核组件 37
3．1内核线程 37
3．1．1创建内核线程 37
3．1．2进程状态和等待队列 41
3．1．3用户模式辅助程序 42
3．2辅助接口 43
3．2．1链表 44
3．2．2散列链表 49
3．2．3工作队列 49
3．2．4通知链 51
3．2．5完成接口 54
3．2．6kthread辅助接口 56
3．2．7错误处理助手 57
3．3查看源代码 58
第4章基本概念 61
4．1设备和驱动程序介绍 61
4．2中断处理 63
4．2．1中断上下文 63
4．2．2分配IRQ号 64
4．2．3设备实例：导航杆 65
4．2．4softirq和tasklet 68
4．3Linux设备模型 71
4．3．1udev 71
4．3．2sysfs、kobject和设备类 73
4．3．3热插拔和冷插拔 76
4．3．4微码下载 76
4．3．5模块自动加载 77
4．4内存屏障 78
4．5电源管理 79
4．6查看源代码 79
第5章字符设备驱动程序 81
5．1字符设备驱动程序基础 81
5．2设备实例：系统CMOS 82
5．2．1驱动程序初始化 83
5．2．2打开与释放 86
5．2．3数据交换 88
5．2．4查找 92
5．2．5控制 94
5．3检测数据可用性 95
5．3．1轮询 95
5．3．2Fasync 98
5．4和并行端口交互 99
5．5RTC子系统 108
5．6伪字符驱动程序 109
5．7混杂驱动程序 110
5．8字符设备驱动程序注意事项 115
5．9查看源代码 115
第6章串行设备驱动程序 118
6．1层次架构 119
6．2UART驱动程序 121
6．2．1设备实例：手机 122
6．2．2RS-485 132
6．3TTY驱动程序 132
6．4线路规程 134
6．5查看源代码 141
第7章输入设备驱动程序 143
7．1输入事件驱动程序 144
7．2输入设备驱动程序 150
7．2．1serio 150
7．2．2键盘 150
7．2．3鼠标 152
7．2．4触摸控制器 157
7．2．5加速度传感器 158
7．2．6输出事件 158
7．3调试 159
7．4查看源代码 160
第8章I2C协议 161
8．1I2C/SMBus是什么 161
8．2I2C核心 162
8．3总线事务 164
8．4设备实例：EEPROM 164
8．4．1初始化 165
8．4．2探测设备 167
8．4．3检查适配器的功能 169
8．4．4访问设备 169
8．4．5其他函数 170
8．5设备实例：实时时钟 171
8．6i2c-dev 174
8．7使用LM-Sensors监控硬件 174
8．8SPI总线 174
8．91-Wire总线 176
8．10调试 176
8．11查看源代码 176
第9章PCMCIA和CF 179
9．1PCMCIA/CF是什么 179
9．2Linux-PCMCIA子系统 181
9．3主机控制器驱动程序 183
9．4PCMCIA核心 183
9．5驱动程序服务 183
9．6客户驱动程序 183
9．6．1数据结构 184
9．6．2设备实例：PCMCIA卡 185
9．7将零件组装在一起 188
9．8PCMCIA存储 189
9．9串行PCMCIA 189
9．10调试 191
9．11查看源代码 191
第10章PCI 193
10．1PCI系列 193
10．2寻址和识别 195
10．3访问PCI 198
10．3．1配置区 198
10．3．2I/O和内存 199
10．4DMA 200
10．5设备实例：以太网—调制解调器卡 203
10．5．1初始化和探测 203
10．5．2数据传输 209
10．6调试 214
10．7查看源代码 214
第11章USB 216
11．1USB体系架构 216
11．1．1总线速度 218
11．1．2主机控制器 218
11．1．3传输模式 219
11．1．4寻址 219
11．2Linux-USB子系统 220
11．3驱动程序的数据结构 221
11．3．1usb_device结构体 221
11．3．2URB 222
11．3．3管道 223
11．3．4描述符结构 223
11．4枚举 225
11．5设备实例：遥测卡 225
11．5．1初始化和探测过程 226
11．5．2卡寄存器的访问 230
11．5．3数据传输 233
11．6类驱动程序 236
11．6．1大容量存储设备 236
11．6．2USB-串行端口转换器 241
11．6．3人机接口设备 243
11．6．4蓝牙 243
11．7gadget驱动程序 243
11．8调试 244
11．9查看源代码 245
第12章视频驱动程序 247
12．1显示架构 247
12．2Linux视频子系统 249
12．3显示参数 251
12．4帧缓冲API 252
12．5帧缓冲驱动程序 254
12．6控制台驱动程序 265
12．6．1设备实例：手机 266
12．6．2启动logo 270
12．7调试 270
12．8查看源代码 271
第13章音频驱动程序 273
13．1音频架构 273
13．2Linux声音子系统 275
13．3设备实例：MP3播放器 277
13．3．1驱动程序函数和结构体 278
13．3．2ALSA编程 287
13．4调试 288
13．5查看源代码 289
第14章块设备驱动程序 291
14．1存储技术 291
14．2Linux块I/O层 295
14．3I/O调度器 295
14．4块驱动程序数据结构和方法 296
14．5设备实例：简单存储控制器 298
14．5．1初始化 299
14．5．2块设备操作 301
14．5．3磁盘访问 302
14．6高级主题 304
14．7调试 306
14．8查看源代码 306
第15章网络接口卡 308
15．1驱动程序数据结构 308
15．1．1套接字缓冲区 309
15．1．2网络设备接口 310
15．1．3激活 311
15．1．4数据传输 311
15．1．5看门狗 311
15．1．6统计 312
15．1．7配置 313
15．1．8总线相关内容 314
15．2与协议层会话 314
15．2．1接收路径 314
15．2．2发送路径 315
15．2．3流量控制 315
15．3缓冲区管理和并发控制 315
15．4设备实例：以太网NIC 316
15．5ISA网络驱动程序 321
15．6ATM 321
15．7网络吞吐量 322
15．7．1驱动程序性能 322
15．7．2协议性能 323
15．8查看源代码 324
第16章Linux无线设备驱动 326
16．1蓝牙 327
16．1．1BlueZ 328
16．1．2设备实例：CF卡 329
16．1．3设备实例：USB适配器 330
16．1．4RFCOMM 331
16．1．5网络 332
16．1．6HID 334
16．1．7音频 334
16．1．8调试 334
16．1．9关于源代码 334
16．2红外 335
16．2．1Linux-IrDA 335
16．2．2设备实例：超级I/O芯片 337
16．2．3设备实例：IR Dongle 338
16．2．4IrCOMM 340
16．2．5联网 340
16．2．6IrDA套接字 341
16．2．7LIRC 341
16．2．8查看源代码 342
16．3WiFi 343
16．3．1配置 343
16．3．2设备驱动程序 346
16．3．3查看源代码 347
16．4蜂窝网络 347
16．4．1GPRS 347
16．4．2CDMA 349
16．5当前趋势 350
第17章存储技术设备 352
17．1什么是闪存 352
17．2Linux-MTD子系统 353
17．3映射驱动程序 353
17．4NOR芯片驱动程序 358
17．5NAND芯片驱动程序 359
17．6用户模块 361
17．6．1块设备模拟 361
17．6．2字符设备模拟 361
17．6．3JFFS2 362
17．6．4YAFFS2 363
17．7MTD工具 363
17．8配置MTD 363
17．9XIP 364
17．10FWH 364
17．11调试 367
17．12查看源代码 367
第18章嵌入式Linux 369
18．1挑战 369
18．2元器件选择 370
18．3工具链 371
18．4Bootloader 372
18．5内存布局 374
18．6内核移植 375
18．7嵌入式驱动程序 376
18．7．1闪存 377
18．7．2UART 377
18．7．3按钮和滚轮 378
18．7．4PCMCIA/CF 378
18．7．5SD/MMC 378
18．7．6USB 378
18．7．7RTC 378
18．7．8音频 378
18．7．9触摸屏 379
18．7．10视频 379
18．7．11CPLD/FPGA 379
18．7．12连接性 379
18．7．13专用领域电子器件 380
18．7．14更多驱动程序 380
18．8根文件系统 380
18．8．1NFS挂载的根文件系统 381
18．8．2紧凑型中间件 382
18．9测试基础设施 383
18．10调试 383
18．10．1电路板返工 384
18．10．2调试器 385
第19章用户空间的驱动程序 386
19．1进程调度和响应时间 387
19．1．1原先的调度器 387
19．1．2O(1)调度器 387
19．1．3CFS 388
19．1．4响应时间 388
19．2访问I/O区域 390
19．3访问内存区域 393
19．4用户模式SCSI 395
19．5用户模式USB 397
19．6用户模式I2C 400
19．7UIO 401
19．8查看源代码 402
第20章其他设备和驱动程序 403
20．1ECC报告 403
20．2频率调整 407
20．3嵌入式控制器 408
20．4ACPI 408
20．5ISA与MCA 410
20．6火线 410
20．7智能输入/输出 411
20．8业余无线电 411
20．9VoIP 411
20．10高速互联 412
20．10．1InfiniBand 413
20．10．2RapidIO 413
20．10．3光纤通道 413
20．10．4iSCSI 413
第21章调试设备驱动程序 414
21．1kdb 414
21．1．1进入调试器 415
21．1．2kdb 415
21．1．3kgdb 417
21．1．4gdb 420
21．1．5JTAG调试器 421
21．1．6下载 423
21．2内核探测器 423
21．2．1kprobe 423
21．2．2jprobe 427
21．2．3返回探针 429
21．2．4局限性 431
21．2．5查看源代码 431
21．3kexec与kdump 431
21．3．1kexec 432
21．3．2kdump与kexec协同工作 432
21．3．3kdump 433
21．3．4查看源代码 437
21．4性能剖析 437
21．4．1利用OProfile剖析内核性能 438
21．4．2利用gprof剖析应用程序性能 440
21．5跟踪 441
21．6LTP 444
21．7UML 444
21．8诊断工具 444
21．9内核修改配置选项 444
21．10测试设备 445
第22章维护与发布 446
22．1代码风格 446
22．2修改标记 446
22．3版本控制 447
22．4一致性检查 447
22．5构建脚本 448
22．6可移植代码 450
第23章结束语 451
23．1流程一览表 451
23．2下一步该做什么 452
附录ALinux汇编 453
附录BLinux与BIOS 457
附录Cseq文件 461