Linux设备驱动开发详解：基于最新的Linux4.0内核
作者:宋宝华
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内容简介
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本书介绍了Linux设备驱动开发理论、框架与实例，详细说明了自旋锁、信号量、完成量、中断顶/底半部、定时器、内存和I/O映射以及异步通知、阻塞I/O、非阻塞I/O等Linux设备驱动理论,以及字符设备、块设备、tty设备、I2c设备、LCD设备、音频设备、USB设备、网络设备、PCI设备等Linux设备驱动架构中各个复杂数据结构和函数的关系，并讲解了Linux驱动开发的大量实例，使读者能够独立开发各类Linux设备驱动。
目 录
赞誉
推荐序一
推荐序二
前言
第1章 Linux设备驱动概述及开发环境构建
1.1 设备驱动的作用
1.2 无操作系统时的设备驱动
1.3 有操作系统时的设备驱动
1.4 Linux设备驱动
1.4.1 设备的分类及特点
1.4.2 Linux设备驱动与整个软硬件系统的关系
1.4.3 Linux设备驱动的重点、难点
1.5 Linux设备驱动的开发环境构建
1.5.1 PC上的Linux环境
1.5.2 QEMU实验平台
1.5.3 源代码阅读和编辑
1.6 设备驱动Hello World：LED驱动
1.6.1 无操作系统时的LED驱动
1.6.2 Linux下的LED驱动
第2章 驱动设计的硬件基础
2.1 处理器
2.1.1 通用处理器
2.1.2 数字信号处理器
2.2 存储器
2.3 接口与总线
2.3.1 串口
2.3.2 I2C
2.3.3 SPI
2.3.4 USB
2.3.5 以太网接口
2.3.6 PCI和PCIE
2.3.7 SD和SDIO
2.4 CPLD和FPGA
2.5 原理图分析
2.6 硬件时序分析
2.6.1 时序分析的概念
2.6.2 典型的硬件时序
2.7 芯片数据手册阅读方法
2.8 仪器仪表使用
2.8.1 万用表
2.8.2 示波器
2.8.3 逻辑分析仪
2.9 总结
第3章 Linux内核及内核编程
3.1 Linux内核的发展与演变
3.2 Linux 2.6后的内核特点
3.3 Linux内核的组成
3.3.1 Linux内核源代码的目录结构
3.3.2 Linux内核的组成部分
3.3.3 Linux内核空间与用户空间
3.4 Linux内核的编译及加载
3.4.1 Linux内核的编译
3.4.2 Kconfig和Makefile
3.4.3 Linux内核的引导
3.5 Linux下的C编程特点
3.5.1 Linux编码风格
3.5.2 GNU C与ANSI C
3.5.3 do { } while（0） 语句
3.5.4 goto语句
3.6 工具链
3.7 实验室建设
3.8 串口工具
3.9 总结
第4章 Linux内核模块
4.1 Linux内核模块简介
4.2 Linux内核模块程序结构
4.3 模块加载函数
4.4 模块卸载函数
4.5 模块参数
4.6 导出符号
4.7 模块声明与描述
4.8 模块的使用计数
4.9 模块的编译
4.10 使用模块“绕开”GPL
4.11 总结
第5章 Linux文件系统与设备文件
5.1 Linux文件操作
5.1.1 文件操作系统调用
5.1.2 C库文件操作
5.2 Linux文件系统
5.2.1 Linux文件系统目录结构
5.2.2 Linux文件系统与设备驱动
5.3 devfs
5.4 udev用户空间设备管理
5.4.1 udev与devfs的区别
5.4.2 sysfs文件系统与Linux设备模型
5.4.3 udev的组成
5.4.4 udev规则文件
5.5 总结
第6章 字符设备驱动
6.1 Linux字符设备驱动结构
6.1.1 cdev结构体
6.1.2 分配和释放设备号
6.1.3 f?ile_operations结构体
6.1.4 Linux字符设备驱动的组成
6.2 globalmem虚拟设备实例描述
6.3 globalmem设备驱动
6.3.1 头文件、宏及设备结构体
6.3.2 加载与卸载设备驱动
6.3.3 读写函数
6.3.4 seek函数
6.3.5 ioctl函数
6.3.6 使用文件私有数据
6.4 globalmem驱动在用户空间中的验证
6.5 总结
第7章 Linux设备驱动中的并发控制
7.1 并发与竞态
7.2 编译乱序和执行乱序
7.3 中断屏蔽
7.4 原子操作
7.4.1 整型原子操作
7.4.2 位原子操作
7.5 自旋锁
7.5.1 自旋锁的使用
7.5.2 读写自旋锁
7.5.3 顺序锁
7.5.4 读复制更新
7.6 信号量
7.7 互斥体
7.8 完成量
7.9 增加并发控制后的globalmem的设备驱动
7.10 总结
第8章 Linux设备驱动中的阻塞与非阻塞I/O
8.1 阻塞与非阻塞I/O
8.1.1 等待队列
8.1.2 支持阻塞操作的globalf?ifo设备驱动
8.1.3 在用户空间验证globalf?ifo的读写
8.2 轮询操作
8.2.1 轮询的概念与作用
8.2.2 应用程序中的轮询编程
8.2.3 设备驱动中的轮询编程
8.3 支持轮询操作的globalf?ifo驱动
8.3.1 在globalf?ifo驱动中增加轮询操作
8.3.2 在用户空间中验证globalf?ifo设备的轮询
8.4 总结
第9章 Linux设备驱动中的异步通知与异步I/O
9.1 异步通知的概念与作用
9.2 Linux异步通知编程
9.2.1 Linux信号
9.2.2 信号的接收
9.2.3 信号的释放
9.3 支持异步通知的globalf?ifo驱动
9.3.1 在globalf?ifo驱动中增加异步通知
9.3.2 在用户空间中验证globalf?ifo的异步通知
9.4 Linux异步I/O
9.4.1 AIO概念与GNU C库AIO
9.4.2 Linux内核AIO与libaio
9.4.3 AIO与设备驱动
9.5 总结
第10章 中断与时钟
10.1 中断与定时器
10.2 Linux中断处理程序架构
10.3 Linux中断编程
10.3.1 申请和释放中断
10.3.2 使能和屏蔽中断
10.3.3 底半部机制
10.3.4 实例：GPIO按键的中断
10.4 中断共享
10.5 内核定时器
10.5.1 内核定时器编程
10.5.2 内核中延迟的工作delayed_work
10.5.3 实例：秒字符设备
10.6 内核延时
10.6.1 短延迟
10.6.2 长延迟
10.6.3 睡着延迟
10.7 总结
第11章 内存与I/O访问
11.1 CPU与内存、I/O
11.1.1 内存空间与I/O空间
11.1.2 内存管理单元
11.2 Linux内存管理
11.3 内存存取
11.3.1 用户空间内存动态申请
11.3.2 内核空间内存动态申请
11.4 设备I/O端口和I/O内存的访问
11.4.1 Linux I/O端口和I/O内存访问接口
11.4.2 申请与释放设备的I/O端口和I/O内存
11.4.3 设备I/O端口和I/O内存访问流程
11.4.4 将设备地址映射到用户空间
11.5 I/O内存静态映射
11.6 DMA
11.6.1 DMA与Cache一致性
11.6.2 Linux下的DMA编程
11.7 总结
第12章 Linux设备驱动的软件架构思想
12.1 Linux驱动的软件架构
12.2 platform设备驱动
12.2.1 platform总线、设备与驱动
12.2.2 将globalf?ifo作为platform设备
12.2.3 platform设备资源和数据
12.3 设备驱动的分层思想
12.3.1 设备驱动核心层和例化
12.3.2 输入设备驱动
12.3.3 RTC设备驱动
12.3.4 Framebuffer设备驱动
12.3.5 终端设备驱动
12.3.6 misc设备驱动
12.3.7 驱动核心层
12.4 主机驱动与外设驱动分离的设计思想
12.4.1 主机驱动与外设驱动分离
12.4.2 Linux SPI主机和设备驱动
12.5 总结
第13章 Linux块设备驱动
13.1 块设备的I/O操作特点
13.2 Linux块设备驱动结构
13.2.1 block_device_operations结构体
13.2.2 gendisk结构体
13.2.3 bio、request和request_queue
13.2.4 I/O调度器
13.3 Linux块设备驱动的初始化
13.4 块设备的打开与释放
13.5 块设备驱动的ioctl函数
13.6 块设备驱动的I/O请求处理
13.6.1 使用请求队列
13.6.2 不使用请求队列
13.7 实例：vmem_disk驱动
13.7.1 vmem_disk的硬件原理
13.7.2 vmem_disk驱动模块的加载与卸载
13.7.3 vmem_disk设备驱动的block_device_operations
13.7.4 vmem_disk的I/O请求处理
13.8 Linux MMC子系统
13.9 总结
第14章 Linux网络设备驱动
14.1 Linux网络设备驱动的结构
14.1.1 网络协议接口层
14.1.2 网络设备接口层
14.1.3 设备驱动功能层
14.2 网络设备驱动的注册与注销
14.3 网络设备的初始化
14.4 网络设备的打开与释放
14.5 数据发送流程
14.6 数据接收流程
14.7 网络连接状态
14.8 参数设置和统计数据
14.9 DM9000网卡设备驱动实例
14.9.1 DM9000网卡硬件描述
14.9.2 DM9000网卡驱动设计分析
14.10 总结
第15章 Linux I2C核心、总线与设备驱动
15.1 Linux I2C体系结构
15.2 Linux I2C核心
15.3 Linux I2C适配器驱动
15.3.1 I2C适配器驱动的注册与注销
15.3.2 I2C总线的通信方法
15.4 Linux I2C设备驱动
15.4.1 Linux I2C设备驱动的模块加载与卸载
15.4.2 Linux I2C设备驱动的数据传输
15.4.3 Linux的i2cdev.c文件分析
15.5 Tegra I2C总线驱动实例
15.6 AT24xx EEPROM的I2C设备驱动实例
15.7 总结
第16章 USB主机、设备与Gadget驱动
16.1 Linux USB驱动层次
16.1.1 主机侧与设备侧USB驱动
16.1.2 设备、配置、接口、端点
16.2 USB主机控制器驱动
16.2.1 USB主机控制器驱动的整体结构
16.2.2 实例：Chipidea USB主机驱动
16.3 USB设备驱动
16.3.1 USB设备驱动的整体结构
16.3.2 USB请求块
16.3.3 探测和断开函数
16.3.4 USB骨架程序
16.3.5 实例：USB键盘驱动
16.4 USB UDC与Gadget驱动
16.4.1 UDC和Gadget驱动的关键数据结构与API
16.4.2 实例：Chipidea USB UDC驱动
16.4.3 实例：Loopback Function驱动
16.5 USB OTG驱动
16.6 总结
第17章 I2C、SPI、USB驱动架构类比
17.1 I2C、SPI、USB驱动架构
17.2 I2C主机和外设眼里的Linux世界
第18章 ARM Linux设备树
18.1 ARM设备树起源
18.2 设备树的组成和结构
18.2.1 DTS、DTC和DTB等
18.2.2 根节点兼容性
18.2.3 设备节点兼容性
18.2.4 设备节点及label的命名
18.2.5 地址编码
18.2.6 中断连接
18.2.7 GPIO、时钟、pinmux连接
18.3 由设备树引发的BSP和驱动变更
18.4 常用的OF API
18.5 总结
第19章 Linux电源管理的系统架构和驱动
19.1 Linux电源管理的全局架构
19.2 CPUFreq驱动
19.2.1 SoC的CPUFreq驱动实现
19.2.2 CPUFreq的策略
19.2.3 CPUFreq的性能测试和调优
19.2.4 CPUFreq通知
19.3 CPUIdle驱动
19.4 PowerTop
19.5 Regulator驱动
19.6 OPP
19.7 PM QoS
19.8 CPU热插拔
19.9 挂起到RAM
19.10 运行时的PM
19.11 总结
第20章 Linux芯片级移植及底层驱动
20.1 ARM Linux底层驱动的组成和现状
20.2 内核节拍驱动
20.3 中断控制器驱动
20.4 SMP多核启动以及CPU热插拔驱动
20.5 DEBUG_LL和EARLY_PRINTK的设置
20.6 GPIO驱动
20.7 pinctrl驱动
20.8 时钟驱动
20.9 dmaengine驱动
20.10 总结
第21章 Linux设备驱动的调试
21.1 GDB调试器的用法
21.1.1 GDB的基本用法
21.1.2 DDD图形界面调试工具
21.2 Linux内核调试
21.3 内核打印信息–printk（）
21.4 DEBUG_LL和EARLY_PRINTK
21.5 使用“/proc”
21.6 Oops
21.7 BUG_ON（）和WARN_ON（）
21.8 strace
21.9 KGDB
21.10 使用仿真器调试内核
21.11 应用程序调试
21.12 Linux性能监控与调优工具
21.13 总结
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