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前言
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
1.4Linux设备驱动 5
1.4.1设备的分类及特点 5
1.4.2Linux设备驱动与整个软硬件系统的关系 6
1.4.3Linux设备驱动的重点、难点 7
1.5Linux设备驱动的开发环境构建 8
1.5.1PC上的Linux环境 8
1.5.2QEMU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
1.6.2Linux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
2.3.2I2C 29
2.3.3SPI 30
2.3.4USB 31
2.3.5以太网接口 33
2.3.6PCI和PCI-E 34
2.3.7SD和SDIO 36
2.4CPLD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
3.1Linux内核的发展与演变 52
3.2Linux 2.6后的内核特点 56
3.3Linux内核的组成 59
3.3.1Linux内核源代码的目录结构 59
3.3.2Linux内核的组成部分 60
3.3.3Linux内核空间与用户空间 64
3.4Linux内核的编译及加载 64
3.4.1Linux内核的编译 64
3.4.2Kconfig和Makefile 66
3.4.3Linux内核的引导 74
3.5Linux下的C编程特点 75
3.5.1Linux编码风格 75
3.5.2GNU C与ANSI C 78
3.5.3do { } while(0) 语句 83
3.5.4goto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
4.1Linux内核模块简介 92
4.2Linux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
5.1Linux文件操作 104
5.1.1文件操作系统调用 104
5.1.2C库文件操作 108
5.2Linux文件系统 109
5.2.1Linux文件系统目录结构 109
5.2.2Linux文件系统与设备驱动 110
5.3devfs 114
5.4udev用户空间设备管理 116
5.4.1udev与devfs的区别 116
5.4.2sysfs文件系统与Linux设备模型 119
5.4.3udev的组成 128
5.4.4udev规则文件 129
5.5总结 133
第6章字符设备驱动 134
6.1Linux字符设备驱动结构 134
6.1.1cdev结构体 134
6.1.2分配和释放设备号 136
6.1.3f?ile_operations结构体 136
6.1.4Linux字符设备驱动的组成 138
6.2globalmem虚拟设备实例描述 142
6.3globalmem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
6.3.4seek函数 146
6.3.5ioctl函数 146
6.3.6使用文件私有数据 148
6.4globalmem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globalf?ifo设备驱动 194
8.1.3在用户空间验证globalf?ifo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globalf?ifo驱动 202
8.3.1在globalf?ifo驱动中增加轮询操作 202
8.3.2在用户空间中验证globalf?ifo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
9.2Linux异步通知编程 207
9.2.1Linux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globalf?ifo驱动 212
9.3.1在globalf?ifo驱动中增加异步通知 212
9.3.2在用户空间中验证globalf?ifo的异步通知 214
9.4Linux异步I/O 215
9.4.1AIO概念与GNU C库AIO 215
9.4.2Linux内核AIO与libaio 219
9.4.3AIO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
10.2Linux中断处理程序架构 227
10.3Linux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
11.1CPU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
11.2Linux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
11.4.1Linux 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
11.5I/O内存静态映射 276
11.6DMA 277
11.6.1DMA与Cache一致性 278
11.6.2Linux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
12.1Linux驱动的软件架构 286
12.2platform设备驱动 290
12.2.1platform总线、设备与驱动 290
12.2.2将globalf?ifo作为platform设备 293
12.2.3platform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
12.3.3RTC设备驱动 306
12.3.4Framebuffer设备驱动 309
12.3.5终端设备驱动 311
12.3.6misc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
12.4.2Linux 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
13.2Linux块设备驱动结构 332
13.2.1block_device_operations结构体 332
13.2.2gendisk结构体 334
13.2.3bio、request和request_queue 335
13.2.4I/O调度器 339
13.3Linux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
13.7.1vmem_disk的硬件原理 349
13.7.2vmem_disk驱动模块的加载与卸载 349
13.7.3vmem_disk设备驱动的block_device_operations 351
13.7.4vmem_disk的I/O请求处理 352
13.8Linux MMC子系统 354
13.9总结 357
第14章Linux网络设备驱动 358
14.1Linux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
14.9DM9000网卡设备驱动实例 380
14.9.1DM9000网卡硬件描述 380
14.9.2DM9000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
15.1Linux I2C体系结构 387
15.2Linux I2C核心 394
15.3Linux I2C适配器驱动 396
15.3.1I2C适配器驱动的注册与注销 396
15.3.2I2C总线的通信方法 397
15.4Linux I2C设备驱动 399
15.4.1Linux I2C设备驱动的模块加载与卸载 400
15.4.2Linux I2C设备驱动的数据传输 400
15.4.3Linux的i2c-dev.c文件分析 400
15.5Tegra I2C总线驱动实例 405
15.6AT24xx 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
16.1Linux 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
16.2USB主机控制器驱动 420
16.2.1USB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
16.3USB设备驱动 425
16.3.1USB设备驱动的整体结构 425
16.3.2USB请求块 430
16.3.3探测和断开函数 435
16.3.4USB骨架程序 436
16.3.5实例：USB键盘驱动 443
16.4USB UDC与Gadget驱动 446
16.4.1UDC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
16.5USB OTG驱动 456
16.6总结 458
第17章I2C、SPI、USB驱动架构类比 459
17.1I2C、SPI、USB驱动架构 459
17.2I2C主机和外设眼里的Linux世界 460
第18章ARM Linux设备树 461
18.1ARM设备树起源 461
18.2设备树的组成和结构 462
18.2.1DTS、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
18.2.7GPIO、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
19.1Linux电源管理的全局架构 494
19.2CPUFreq驱动 495
19.2.1SoC的CPUFreq驱动实现 495
19.2.2CPUFreq的策略 501
19.2.3CPUFreq的性能测试和调优 501
19.2.4CPUFreq通知 502
19.3CPUIdle驱动 504
19.4PowerTop 508
19.5Regulator驱动 508
19.6OPP 511
19.7PM QoS 515
19.8CPU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
20.1ARM 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
20.4SMP多核启动以及CPU热插拔驱动 549
20.5DEBUG_LL和EARLY_PRINTK的设置 556
20.6GPIO驱动 557
20.7pinctrl驱动 560
20.8时钟驱动 572
20.9dmaengine驱动 578
20.10总结 580
第21章Linux设备驱动的调试 581
21.1GDB调试器的用法 581
21.1.1GDB的基本用法 581
21.1.2DDD图形界面调试工具 591
21.2Linux内核调试 594
21.3内核打印信息——printk() 596
21.4DEBUG_LL和EARLY_PRINTK 599
21.5使用“/proc” 600
21.6Oops 606
21.7BUG_ON()和WARN_ON() 608
21.8strace 609
21.9KGDB 610
21.10使用仿真器调试内核 612
21.11应用程序调试 613
21.12Linux性能监控与调优工具 616
21.13总结 618
