本书是一本介绍linux设备驱动开发理论、框架与实例的书，本书基于ldd6410开发板，以 linux 2.6版本内核为蓝本，详细介绍自旋锁、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；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设备驱动的架构和框架中 各个复杂数据架构和函数的关系，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。
历时8年，三次重构，内容愈加炉火纯青。
全部代码更新至全新的Linux 4.0版本。
全面讲解ARM Linux新版本内核架构，如设备树等。
不仅仅注重知识和程序的讲解，更注重程序的思想、演变、架构和算法。
封底
理解软件一定是从某个逻辑起点开始，通过逻辑的延伸和数据的堆叠，首先在框架上获知软件是如何解决目标问题的。然后通过这个框架性的理解来进一步熟知程序中更加小的细节以添加新功能或修复已遇到的问题。我之前想，如果有一本书能在讲解程序之前先详细地介绍此程序的思想、演变、架构和主要算法，然后再遍历评论程序实现的代码，那绝对是秘籍。现在终于有了，谢谢＠宋宝华即将带给我们的绝学圣典！
—— CSR（Cambridge Silicon Radio）平台软件高级经理 刘永生
“宋宝华老师的这本书是国内少有的可与《Linux Device Driver》和《Linux Kernel Development》相媲美的Linux内核类书籍，甚至在所有技术类图书中都是精品之作。相比国内大量技术类图书的呆板教条和抄袭，以及让人读来困倦，不知所云，该书文风生动而不失深刻，知识点全面精炼。书中不但介绍各常见驱动的架构，更深入剖析内核相关的底层实现机制，“授人以鱼”更“授人以渔”，让读者真正领会和学习内核社区大牛们的设计思想和技巧，从而快速提升自己的能力。愿本书的读者通过学习能够真正实现从“码农”到"内核大牛”的华丽转变。”
—— 中科院上海微系统所 朱军
“Linux内核的书籍不少，可是为什么好书少，与时俱进的好书更加少。这是因为Linux内核每到两三个月就更新一次，不断有新的技术、新的框架加入。试问有哪个作者可以一直坚持写作关于Linux内核最新的变化和技术。就连国外的经典之作《Linux Device Driver》、《Understanding Linux Kernel》都早就没有更新的作品了，可是宋宝华老师一直在用他独特的视角和一线Linux内核开发的工作实践不断地给大家带来最新最好的《Linux设备驱动开发详解》。希望每一位Linux内核的开发者和爱好者都能好好学习宋老师的新作，同时学习他坚持不懈的精神，多为Linux内核社区提供好的技术和作品。”
—— NVIDIA高级系统软件工程师 伍鹏 （Bryan Wu）
前
对于嵌入式工程师来说，进入更高阶段后，学习Linux设备驱动开发无疑就是职业生涯的一次“重生”。这是因为Linux设备驱动开发不仅仅涉及操作系统的转换，开发方式的转换，更重要的是思维上的转变。对于Linux这样一个复杂系统，如何从复杂的代码中抓住设备驱动开发的关键是任何一个Linux设备驱动开发者入门时需要面对的挑战。除了知识、工具之外，往往还需要思路上的指导。本书不但帮助Linux设备驱动开发的初学者厘清必要的概念，还从具体的实例、设备驱动开发的指导原则循序渐进地引导读者渐入学习佳境。为了让读者能够达到Linux设备驱动开发的至臻境界，作者更是从软件工程的角度抽象出设备驱动开发的一般思想。毫无疑问，本书将成为读者学习Linux设备驱动开发过程中的一座“灯塔”。
宋宝华 Linux布道者，知名嵌入式系统专家，《Essential Linux Device Drivers》译者。作为最早从事Linux内核与设备驱动研究的专家之一，他在众多国内外知名企业开展Linux技术培训。他也是一位活跃的Linux开发者和深度实践者，为Linux官方内核贡献了大量的Linux源码并承担代码审核工作。至今已向Linux官方内核提交逾数万行代码和几百个补丁。他的《Linux设备驱动开发详解》系列书在嵌入式Linux开发者中有口皆碑，是众多Linux书籍中为数不多的畅销书。
Linux从未停歇前进的脚步。Linus Torvalds，世界上最伟大的程序员之一，Linux内核的创始人，Git的缔造者，现在仍然在没日没夜地合并补丁、升级内核。做技术的人，从来没有终南捷径，拼得就是坐冷板凳的傻劲。
这是一个连阅读都被碎片化的时代，在这样一个时代，人们趋向于激进、浮躁，内心的不安宁使我们极难静下心来研究什么。我见过许多Linux工程师，他们的简历上写着“精通”Linux内核，有多年的工作经验，而他们的“精通”却只是把某个寄存器从0改成1，从1改成0的不断重复；我也见过许多Linux工程师，他们终日埋头苦干，敲打着自己的机器和电路板，却从未冷静下来思考，并不断重构和升华自己的知识体系。
这是要把“牢底”坐穿的程序员，这样“忙忙碌碌”的程序员，从来都不算是好程序员。
对于优秀的程序员，其最优秀的品质是能够心平气和地学习与思考问题，透析代码背后的架构、原理和设计思想。没有思想的代码是垃圾代码，没有思想的程序员，只是在完成低水平重复建设的体力活。很多程序员从不过问自己写的代码最后在机器里面是怎么跑的，很多事情莫名其妙地发生了，很多bug莫名其妙地消失了……他们永远都在得过且过。
由此，衍生出了本书的第一个出发点，那就是带给读者更多关于Linux开发思想的讲解，帮助读者奠定根基。本书呈现给读者的更多的是一种思考方法，而不是知识点的简单罗列。
本书除对基础理论部分进行了详细的讲解外，还加强了对驱动编程所涉及的Linux内核最底层机理的讲解，内容包括中断、定时器、进程生命周期、uevent、并发、编译乱序、执行乱序、等待队列、I/O模型、内存管理等。这些知识点非常重要，是真正证明程序员理解了Linux的部分内容，程序员只有打好根基，才能游刃有余。
本书没有大量描述各种具体驱动类型的章节，如Sound、PCI、MTD、tty等，而将更多的焦点转移到了驱动编程背后的内核原理，并试图从Linux内核的上百个驱动子系统中寻找出内部规律，以培养读者举一反三的能力。
Linux内核有上百个驱动子系统，这一点从内核的drivers子目录中就可以看出来：
好吧，傻子才会一个目录一个目录地去看，一个目录一个目录地从头学起。我们势必要寻找各种驱动子系统的共性，摸索规律。在本书中，我们将更多地看到各驱动子系统的类比，以及驱动子系统的层次化设计。
技术工作从来都不能一劳永逸。世界变化得太快，当前技术革新的速度数倍于我们父辈、祖辈、祖祖辈经历过的任何时代。证明你是“真球迷”还是“伪球迷”的时候到了，这个时代是伪程序员的地狱，也是真程序员的天堂。
从浩如烟海的知识体系、不断更新的软件版本中终生学习，不断攻克一个个挑战，获取新养分，寻找新灵感，这实在是黑暗的码农生涯中不断闪现的璀璨光芒。
Linux的内核版本不断更新，出现了Linux 3.0、Linux 3.1、Linux 3.2、…、Linux 3.19、Linux 4.0、Linux 4.1，变化的是软件的架构，不变的是Linus的热情。
这无疑也是本书的第二个出发点，更新Linux驱动编程的知识体系以迎合最新的时代需求。因此，本书有大量关于设备树、ARM Linux移植、Linux电源管理、GPIO、时钟、定时器、pinmux、DMA等内容。我们的操作平台也转移到了QEMU模拟的4核Cortex-A9电路板上，书中的实例基本都转移到了市面流行的新芯片上。
最近两三年，老是听许多程序员抱怨，市面上缺乏讲解新内核的资料、缺乏从头到尾讲解设备树的资料，但是我想说，这实在不是什么难点。难点仍然是本书基于第一个出发点要解决的问题，如果有好的基础，以优秀程序员极强的学习能力，应该很快就可以掌握这些新知识。机制没有变，变化的只是策略。
因此学习能力也是优秀程序员的又一个重要品质。没有人生下来就是天才，良好的学习能力也是通过后天的不断学习培养的。可以说，学得越多的人，学新东西的速度一定越快，学习能力也变得越强。因为，知识的共通性实在太多。
读者在阅读本书时，不应该企图把它当成一本工具书和查API的书，而是应该把它当作一本梳理理论体系、开发思想、软件架构的书。唯如此，我们才能适应未来新的变化。
时代的滚滚车轮推动着Linux内核的版本不断向前，也推动着每个人的人生。红尘滚滚，
我不去想是否能够成功，
既然选择了远方，
便只顾风雨兼程。
最后，本书能得以出版，要感谢带领我向前的人生导师和我的众多小伙伴，他们或者在我人生的关键时刻改变了我，或者给我黑暗的程序生涯带来了无尽的快乐和动力。我的小伙伴，他们力挺我、鼓励我，也辱骂我、奚落我，这些都是真挚的友情。
谨以此书，致以对杨平先生、何昭然、方毅伟、李华毅、宋志武、杜向龙、叶祥振、刘昊、王榕、何晔、王立赛、曾过、刘永生、段丙华、章君义、王文琪、卢鹏、刘涛、徐西宁、吴赫、任桥伟、秦龙廷、胡良兵、张家旺、王雷、Bryan Wu、Eric Miao、Cliff Cai、Qipan Li、Guoying Zhang、陈健松、Haoyu Zhong、刘洪涛、季久峰、邴杰、孙志忠、吴国举、Bob Liu、赵小吾、EJ Zhao、贺亚锋、刘仕杰、Hao Yin等老师和小伙伴的深深感激；谨以此书，致以对我的父母大人、老婆大人、兄长和姐姐、伟大丈母娘的深深感激，本书的写作时间超过一年，其过程是一种巨大的肉体和精神折磨，没有他们的默默支持和不断鞭策，本书是不可能完成的；谨以此书，对为本书做出巨大贡献的编辑、策划老师，尤其是张国强老师致以深深的感激！
由于篇幅的关系，我没有办法一一列举我要感激的所有人，但是，这些年从你们那里获得的，远远大于我付出的，所以，在内心深处，唯有怀着对你们的深深感恩，不断前行。岁月如歌，吾歌狂行。
全书结构
本书首先介绍Linux设备驱动的基础。第1章简要地介绍了设备驱动，并从无操作系统的设备驱动引出了Linux操作系统下的设备驱动，介绍了本书所基于的开发环境。第2章系统地讲解了Linux驱动工程师应该掌握的硬件知识，为工程师打下Linux驱动编程的硬件基础，详细介绍了各种类型的CPU、存储器和常见的外设，并阐述了硬件时序分析方法和数据手册阅读方法。第3章将Linux设备驱动放在Linux 2.6内核背景中进行讲解，说明Linux内核的编程方法。由于驱动编程也在内核编程的范畴，因此，这一章实质是为编写Linux设备驱动打下软件基础。
其次，讲解Linux设备驱动编程的基础理论、字符设备驱动及设备驱动设计中涉及的并发控制、同步等问题。第4、5章分别讲解Linux内核模块和Linux设备文件系统；第6～9章以虚拟设备globalmem和globalfifo为主线，逐步给其添加高级控制功能；第10、11章分别阐述Linux驱动编程中所涉及的中断和定时器、内核和I/O操作处理方法。
接着，剖析复杂设备驱动的体系结构以及块设备、网络设备驱动。该篇讲解了设备与驱动的分离、主机控制器驱动与外设驱动的分离，并以大量实例（如input、tty、LCD、platform、I2C、SPI、USB等）来佐证。其中第12章和第17章遥相呼应，力图全面地展示驱动的架构。Linux有100多个驱动子系统，逐个讲解和学习都是不现实的，授人以鱼不如授人以渔，因此我们将更多的焦点放在了架构讲解方面，以便读者可以举一反三。
本书最后4章分析了Linux的设备树、Linux移植到新的SoC上的具体工作以及Linux内核和驱动的一些调试方法。这些内容，对于理解如何从头开始搭建一个Linux，以及整个Linux板级支持包上上下下的关系尤为重要。
另外，本书的主要代码都引用自Linux源代码，为保留原汁原味，均延用了代码的英文注释，而其他非引用的代码则使用了中文注释或无注释，特此说明。
本书配套的相关素材和代码，读者均可从与本书相关的微信公众号中获得，相关公众号是：Linuxer，欢迎扫描二维码。
宋宝华
2015年4月于上海浦东
十多年前，我在海外一家路由器公司从事底层软件开发时，一本《Linux Device Driver》（LDD）使我受益匪浅。近年来，我在从事基于ARM的嵌入式操作系统教学时发现，很多Linux设备驱动中的新技术，比如Device Tree、sysfs等，在LDD3中均没有涉及。而市面上的翻译书晦涩难懂，有的还不如英文原书好理解。宋宝华是我尊敬的技术人员，十年如一日，在Linux内核及设备驱动领域潜心耕耘，堪称大师。本书无论从汉语的遣词造句，案例的深入浅出，还是对前沿技术的掌握，对难点技术丝丝入扣的分析，都体现出了强烈的“工匠精神”，堪称经典，值得推荐。
——Xilinx前大中华区大学计划经理、慕客信CEO?谢凯年
设备驱动程序是连接计算机软件和硬件的纽带和桥梁，开发者在嵌入式操作系统的开发移植过程中，有将近70%～80%的精力都用在了驱动程序的开发与调试方面。这就对设备驱动程序开发人员提出了极高的要求。开发者不仅要同时具备软件和硬件的知识和经验，而且还要不断地学习、更新自己，以便跟上嵌入式系统日新月异的发展。研究前人的总结和动手实践是不断提高自己的有效途径。虽然市面上已经有多种设备驱动的书籍，但本书在总结Linux设备驱动程序方面仍然非常具有特色。它用理论联系实际，尤其是提供了大量的实例，对读者深入地理解并掌握各种驱动程序的编写大有裨益。
——飞思卡尔半导体（中国）有限公司数字网络软件技术方案部总监?杨欣欣博士
一位优秀的设备驱动开发工程师需要具备多年嵌入式软件和硬件开发经验的积累，本书针对Linux设备驱动开发相关的设计思想、框架、内核，深入浅出，结合代码，从理论到实践进行重点讲解。毫无疑问，本书可谓一把通向设备驱动大师殿堂之门的金钥匙，它将激发你的味蕾，带你“品尝”嵌入式设备驱动开发这道“美味佳肴”，掩卷沉思，意味深长。
——ARM中国在线社区经理?宋斌
作者长期从事嵌入式Linux开发和教学工作，擅长Linux驱动开发，并跟踪开源软件和嵌入式处理器技术的最新发展，撰写本书，书中内容新鲜实用。作者针对ARM和移动便携式设备的兴起，在书中添加了ARM Linux 设备树和Linux电源管理系统架构及驱动的内容，书中关于Linux设备驱动的软件架构思想的章节也很有特色。
——中国软件行业协会嵌入式系统分会副理事长?何小庆
嵌入式
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。
宋宝华 编著：宋宝华，高级技术顾问，金牌讲师，畅销书《Linux设备驱动开发详解》的作者，译有《Essential Linux Device Drivers》，CSDN、51CTO专家博主。同时也是一位活跃的Linux开发者，其日常工作的很大一部分就是编写或审核Linux代码，至今，在Linux主线内核中提交了4万多行的代码或400余个补丁。
推 荐 序 一
技术日新月异，产业斗转星移，滚滚红尘，消逝的事物太多，新事物的诞生也更迅猛。众多新生事物如灿烂烟花，转瞬即逝。当我们仰望星空时，在浩如烟海的专业名词中寻找，赫然发现，Linux的生命力之旺盛顽强，斗志之昂扬雄壮，令人称奇。它正以摧枯拉朽之势迅速占领包括服务器、云计算、消费电子、工业控制、仪器仪表、导航娱乐等在内的众多应用领域，并逐步占据许多WINCE、VxWorks的传统嵌入式市场。
Linux所及之处，所向披靡。这与Linux的社区式开发模式，迅速的迭代不无关系。Linux每2～3月更新一次版本，吸纳新的体系架构、芯片支持、驱动、内核优化和新特性，这使得Linux总是能够在第一时间内迎合用户的需求，快速地适应瞬息万变的市场。由Linux以及围绕着Linux进行产品研发的众多企业和爱好者构成了一个庞大的Linux生态圈。而本书，无疑给这个庞大的生态圈注入了养料。
然而，养料的注入应该是持续不断的。至今，Linux内核的底层BSP、驱动框架和内核实现发生了许多变更，本书涵盖了这些新的变化，这将给予开发者更多新的帮助。内核的代码不断重构并最优化，而本书也无疑是一次重大的重构。
生命不息，重构不止。
周立功
推 荐 序 二
在翻译了《Understanding the Linux Kernel》和《Linux Kernel Development》这两本书后，每当有读者询问如何学习Linux内核时，我都不敢贸然给出建议。如此庞大的内核，各个子系统之间的关系错综复杂，代码不断更新和迭代，到底该从何入手？你的出发点是哪里？你想去的彼岸又是哪里？相应的学习方法都不同。
一旦踏入Linux内核领域，要精通Linux内核的精髓，几乎没有捷径可走。尽管通往山顶的路有无数条，但每条路上都布满荆棘，或许时间和毅力才是斩荆披棘的利器。
从最初到现在，Linux内核的版本更新达上千个，代码规模不断增长，平均每个版本的新增代码有4万行左右。在源代码的10个主要子目录（arch、init、include、kernel、mm、IPC、fs、lib、net、drivers）中，驱动程序的代码量呈线性增长趋势。
从软件工程角度来看内核代码的变化规律，Linux的体系结构相对稳定，子系统数变化不大，平均每个模块的复杂度呈下降趋势，但系统整体规模和复杂性分别呈超线性和接近线性增长趋势。drivers和arch等模块的快速变化是引起系统复杂性增加的主因。那么，在代码量最多的驱动程序中，有什么规律可循？最根本的又是什么？
本书更多的是关于Linux内核代码背后机理的讲解，呈现给读者的是一种思考方法，让读者能够在思考中举一反三。尽管驱动程序只是内核的一个子系统，但Linux内核是一种整体结构，牵一发而动全局，对Linux内核其他相关知识的掌握是开发驱动的基础。本书的内容包括中断、定时器、进程生命周期、uevent、并发、编译乱序、执行乱序、等待队列、I/O模型、内存管理等，实例代码也被大幅重构。
明代著名的思想家王明阳有句名言“知而不行，是为不知；行而不知，可以致知”。因此在研读本书时，你一定要亲身实践，在实践之后要提升思考，如此，你才可以越过代码本身而看到内核的深层机理。
陈莉君
西安邮电大学
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
1.1 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 f ile_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
9.2 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
9.4 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globalf ifo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
