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Linux 设备驱动开发详解(第2版)

作者 宋宝华
出版社 人民邮电出版社
出版日期 2010-11-01
页数 632
格式 Paper book / ebook (PDF)
ISBN 9787115236579
价格 88
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出版信息

ISBN:9787115236579
语言:简体中文
包装/印刷类型:1
开本:16开
出版时间:2010-11-01
页数:632

内容简介

本书以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,并讲解了大量Linux驱动开发的大量实例

  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。

  本书内容全面,实例丰富,操作性强,语言通俗易懂,适合广大Linux开发人员、嵌入式工程师参考使用。

图书目录

目 录

第 1篇 Linux设备驱动入门

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

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 117

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GNU C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

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 467

18.10.3 MiniGUI 469

18.10.4 Android 471

18.11 实例:S3C6410 LCD设备驱动 474

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

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

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