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第1篇 Linux驱动开发基础2

第1章 Linux驱动开发概述2

1.1 Linux设备驱动的基本概念2

1.1.1 设备驱动程序概述2

1.1.2 设备驱动程序的作用2

1.1.3 设备驱动的分类3

1.2 Linux操作系统与驱动的关系4

1.3 Linux驱动程序开发4

1.3.1 用户态和内核态5

1.3.2 模块机制5

1.3.3 编写设备驱动程序需要了解的知识6

1.4 编写设备驱动程序的注意事项6

1.4.1 应用程序开发与驱动程序开发的差异6

1.4.2 GUNC开发驱动程序7

1.4.3 不能使用C库开发驱动程序7

1.4.4 没有内存保护机制7

1.4.5 小内核栈8

1.4.6 重视可移植性8

1.5 Linux驱动的发展趋势9

1.5.1 Linux驱动的发展9

1.5.2 驱动的应用9

1.5.3 相关学习资源9

1.6 小结10

第2章 嵌入式处理器和开发板简介11

2.1 处理器的选择11

2.1.1 处理器简述11

2.1.2 处理器的种类11

2.2 ARM处理器13

2.2.1 ARM处理器简介14

2.2.2 ARM处理器系列14

2.2.3 ARM处理器的应用16

2.2.4 ARM处理器的选型16

2.2.5 ARM处理器选型举例19

2.3 S3C2440开发板20

2.3.1 S3C2440开发板简介20

2.3.2 S3C2440开发板的特性20

2.4 小结22

第3章 构建嵌入式驱动程序开发环境23

3.1 虚拟机和Linux安装23

3.1.1 在Windows上安装虚拟机23

3.1.2 在虚拟机上安装Linux27

3.1.3 设置共享目录28

3.2 代码阅读工具Source Insight29

3.2.1 Source Insight简介30

3.2.2 阅读源代码30

3.3 小结33

第4章 构建嵌入式Linux操作系统34

4.1 Linux操作系统的介绍34

4.1.1 Linux操作系统34

4.1.2 Linux操作系统的优点35

4.2 Linux内核子系统36

4.2.1 进程管理36

4.2.2 内存管理37

4.2.3 文件系统37

4.2.4 设备管理37

4.2.5 网络功能38

4.3 Linux源代码结构分析38

4.3.1 arch目录38

4.3.2 drivers目录39

4.3.3 fs目录39

4.3.4 其他目录40

4.4 内核配置选项41

4.4.1 配置编译过程41

4.4.2 常规配置42

4.4.3 模块配置44

4.4.4 块设备层配置44

4.4.5 CPU类型和特性配置45

4.4.6 电源管理配置47

4.4.7 总线配置49

4.4.8 网络配置50

4.4.9 设备驱动配置53

4.4.10 文件系统配置60

4.5 嵌入式文件系统基础知识62

4.5.1 嵌入式文件系统62

4.5.2 嵌入式系统的存储介质63

4.5.3 JFFS文件系统64

4.5.4 YAFFS文件系统64

4.6 构建根文件系统64

4.6.1 根文件系统概述65

4.6.2 Linux根文件系统目录结构65

4.6.3 BusyBox构建根文件系统66

4.7 小结71

第5章 构建第一个驱动程序72

5.1 开发环境配置之内核升级72

5.1.1 为什么升级内核72

5.1.2 核升级73

5.1.3 make menconfig的注意事项75

5.2 Hello World驱动程序77

5.2.1 驱动模块的组成77

5.2.2 Hello World模块78

5.2.3 编译Hello World模块79

5.2.4 模块的操作81

5.2.5 Hello World模块加载后文件系统的变化82

5.3 模块参数和模块之间通信83

5.3.1 模块参数83

5.3.2 模块的文件格式ELF83

5.3.3 模块之间的通信84

5.3.4 模块之间的通信实例85

5.4 将模块加入内核88

5.4.1 向内核添加模块88

5.4.2 Kconfig88

5.4.3 Kconfig的语法89

5.4.4 应用实例：在内核中新增加add_sub模块92

5.4.5 对add_sub模块进行配置94

5.5 小结95

第6章 简单的字符设备驱动程序96

6.1 字符设备驱动程序框架96

6.1.1 字符设备和块设备96

6.1.2 主设备号和次设备号97

6.1.3 申请和释放设备号98

6.2 初识cdev结构99

6.2.1 cdev结构体99

6.2.2 file_operations结构体101

6.2.3 cdev和file_operations结构体的关系102

6.2.4 inode结构体103

6.3 字符设备驱动的组成103

6.3.1 字符设备加载和卸载函数103

6.3.2 file_operations结构体和其成员函数104

6.3.3 驱动程序与应用程序的数据交换105

6.3.4 字符设备驱动程序组成小结106

6.4 VirtualDisk字符设备驱动106

6.4.1 VirtualDisk的头文件、宏和设备结构体106

6.4.2 加载和卸载驱动程序107

6.4.3 cdev的初始化和注册108

6.4.4 打开和释放函数109

6.4.5 读写函数110

6.4.6 seek（）函数111

6.4.7 ioctl（）函数113

6.5 小结113

第2篇 Linux驱动开发核心技术第7章 设备驱动中的并发控制116

7.1 并发与竞争116

7.2 原子变量操作116

7.2.1 原子变量操作116

7.2.2 原子整型操作117

7.2.3 原子位操作119

7.3 自旋锁120

7.3.1 自旋锁概述120

7.3.2 自旋锁的使用120

7.3.3 自旋锁的使用注意事项122

7.4 信号量122

7.4.1 信号量概述122

7.4.2 信号量的实现123

7.4.3 信号量的使用123

7.4.4 自旋锁与信号量的对比125

7.5 完成量126

7.5.1 完成量概述126

7.5.2 完成量的实现126

7.5.3 完成量的使用127

7.6 小结128

第8章 设备驱动中的阻塞和同步机制129

8.1 阻塞和非阻塞129

8.2 等待队列130

8.2.1 等待队列概述130

8.2.3 等待队列的实现130

8.2.3 等待队列的使用131

8.3 同步机制实验132

8.3.1 同步机制设计132

8.3.2 实验验证136

8.4 小结137

第9章 中断与时钟机制138

9.1 中断简述138

9.1.1 中断的概念138

9.1.2 中断的宏观分类139

9.1.3 中断产生的位置分类140

9.1.4 同步和异步中断140

9.1.5 中断小结140

9.2 中断的实现过程141

9.2.1 中断信号线（IRQ）141

9.2.2 中断控制器141

9.2.3 中断处理过程142

9.2.4 中断的安装与释放142

9.3 按键中断实例144

9.3.1 按键设备原理图144

9.3.2 有寄存器设备和无寄存器设备144

9.3.3 按键设备相关端口寄存器145

9.4 按键中断实例程序分析147

9.4.1 按键驱动程序组成147

9.4.2 初始化函数s3c2440_buttons_init()147

9.4.3 中断处理函数isr_button()148

9.4.4 退出函数s3c2440_buttons_exit()149

9.5 时钟机制150

9.5.1 时间度量150

9.5.2 时间延时150

9.6 小结151

第10章 内外存访问152

10.1 存分配152

10.1.1 kmalloc（）函数152

10.1.2 vmalloc（）函数153

10.1.3 后备高速缓存155

10.2 页面分配156

10.2.1 内存分配156

10.2.2 物理地址和虚拟地址之间的转换159

10.3 设备I/O端口的访问160

10.3.1 Linux I/O端口读写函数160

10.3.2 I/O内存读写160

10.3.3 使用I/O端口164

10.4 小结166

第3篇 Linux驱动开发实用实战第11章 设备驱动模型168

11.1 设备驱动模型概述168

11.1.1 设备驱动模型的功能168

11.1.2 sysfs文件系统169

11.1.3 sysfs文件系统的目录结构170

11.2 设备驱动模型的核心数据结构171

11.2.1 kobject结构体171

11.2.2 设备属性kobj_type175

11.3 注册kobject到sysfs中的实例179

11.3.1 设备驱动模型结构179

11.3.2 kset集合180

11.3.3 kset与kobject的关系181

11.3.4 kset相关的操作函数182

11.3.5 注册kobject到sysfs中的实例183

11.3.6 实例测试187

11.4 设备驱动模型的三大组件188

11.4.1 总线188

11.4.2 总线属性和总线方法192

11.4.3 设备194

11.4.4 驱动196

11.5 小结198

第12章 RTC实时时钟驱动199

12.1 RTC实时时钟硬件原理199

12.1.1 RTC实时时钟199

12.1.2 RTC实时时钟的功能199

12.1.2 RTC实时时钟的工作原理201

12.2 RTC实时时钟架构205

12.2.1 加载卸载函数205

12.2.2 RTC实时时钟的平台驱动206

12.2.3 RTC驱动探测函数207

12.2.4 RTC实时时钟的使能函数s3c_rtc_enable()210

12.2.5 RTC实时时钟设置频率函数s3c_rtc_setfreq()211

12.2.6 RTC设备注册函数rtc_device_register()212

12.3 RTC文件系统接口214

12.3.1 文件系统接口rtc_class_ops214

12.3.2 RTC实时时钟打开函数s3c_rtc_open()215

12.3.3 RTC实时时钟关闭函数s3c_rtc_release()216

12.3.4 RTC实时时钟获得时间函数s3c_rtc_gettime()216

12.3.5 RTC实时时钟设置时间函数s3c_rtc_settime()218

12.3.6 RTC驱动探测函数s3c_rtc_getalarm()219

12.3.7 RTC实时时钟设置报警时间函数s3c_rtc_setalarm()220

12.3.8 RTC设置脉冲中断使能函数s3c_rtc_setpie()222

12.3.9 RTC时钟脉冲中断判断函数s3c_rtc_proc()222

12.4 小结223

第13章 看门狗驱动程序224

13.1 看门狗硬件原理224

13.1.1 看门狗224

13.1.2 看门狗工作原理224

13.2 平台设备模型226

13.2.1 平台设备模型226

13.2.2 平台设备227

13.2.3 平台设备驱动229

13.2.4 平台设备驱动的注册和注销230

13.2.5 混杂设备231

13.2.6 混杂设备的注册和注销232

13.3 看门狗设备驱动程序分析232

13.3.1 看门狗驱动程序的一些变量定义232

13.3.2 看门狗模块的加载和卸载函数233

13.3.3 看门狗驱动程序探测函数234

13.3.4 设置看门狗复位时间函数s3c2410wdt_set_heartbeat()235

13.3.5 看门狗的开始函数s3c2410wdt_start（）和停止函数s3c2410wdt_stop()237

13.3.6 看门狗驱动程序移除函数s3c2410wdt_remove()238

13.3.7 平台设备驱动s3c2410wdt_driver中的其他重要函数238

13.3.8 混杂设备的file_operations中的函数239

13.3.9 看门狗中断处理函数s3c2410wdt_irq()242

13.4 小结243

第14章 IIC设备驱动程序244

14.1 IIC设备的总线及其协议244

14.1.1 IIC总线的特点244

14.1.2 IIC总线的信号类型245

14.1.3 IIC总线的数据传输245

14.2 IIC设备的硬件原理246

14.3 IIC设备驱动程序的层次结构247

14.3.1 IIC设备驱动的概述248

14.3.2 IIC设备层248

14.3.3 i2c_driver和i2c_client的关系251

14.3.4 IIC总线层251

14.3.5 IIC设备层和总线层的关系253

14.3.6 写IIC设备驱动的步骤253

14.4 IIC子系统的初始化254

14.4.1 IIC子系统初始化函数i2c_init()254

14.4.2 IIC子系统退出函数i2c_exit()254

14.5 适配器驱动程序255

14.5.1 s3c2440对应的适配器结构体255

14.5.2 IIC适配器加载函数i2c_add_adapter()257

14.5.3 IDR机制257

14.5.4 适配器卸载函数i2c_del_adapter()260

14.5.5 IIC总线通信方法s3c24xx_i2c_algorithm结构体260

14.5.6 适配器的传输函数s3c24xx_i2c_doxfer()262

14.5.7 适配器的中断处理函数s3c24xx_i2c_irq()265

14.5.8 字节传输函数i2s_s3c_irq_nextbyte()267

14.5.9 适配器传输停止函数s3c24xx_i2c_stop()269

14.5.10 中断处理函数的一些辅助函数270

14.6 IIC设备层驱动程序270

14.6.1 IIC设备驱动模块加载和卸载271

14.6.2 探测函数s3c24xx_i2c_probe()272

14.6.3 移除函数s3c24xx_i2c_remove()274

14.6.4 控制器初始化函数s3c24xx_i2c_init()275

14.6.5 设置控制器数据发送频率函数s3c24xx_i2c_clockrate()276

14.7 小结278

第15章 LCD设备驱动程序279

15.1 FrameBuffer概述279

15.1.1 FrameBuffer的概念279

15.1.2 FrameBuffer与应用程序的交互280

15.1.3 FrameBuffer显示原理280

15.1.4 LCD显示原理281

15.2 FrameBuffer的结构分析281

15.2.1 FrameBuffer架构和其关系281

15.2.2 FrameBuffer驱动程序的实现282

15.2.3 FrameBuffer架构及其关系283

15.3 LCD驱动程序分析288

15.3.1 LCD模块的加载和卸载函数288

15.3.2 LCD驱动程序的平台数据290

15.3.3 LCD模块的探测函数291

15.3.4 移除函数295

15.4 小结296

第16章 触摸屏设备驱动程序297

16.1 触摸屏设备工作原理297

16.1.1 触摸屏设备概述297

16.1.2 触摸屏设备的类型297

16.1.3 电阻式触摸屏298

16.2 触摸屏设备硬件结构298

16.2.1 s3c2440触摸屏接口概述298

16.2.2 s3c2440触摸屏接口的工作模式299

16.2.3 s3c2440触摸屏设备寄存器300

16.3 触摸屏设备驱动程序分析303

16.3.1 触摸屏设备驱动程序组成303

16.3.2 s3c2440触摸屏驱动模块的加载和卸载函数304

16.3.3 s3c2440触摸屏驱动模块的探测函数305

16.3.4 触摸屏设备配置308

16.3.5 触摸屏设备中断处理函数309

16.3.6 s3c2440触摸屏驱动模块的remove（）函数314

16.4 测试触摸屏驱动程序314

16.5 小结316

第17章 输入子系统设计317

17.1 input子系统入门317

17.1.1 简单的实例317

17.1.2 注册函数input_register_device()319

17.1.3 向子系统报告事件323

17.2 handler注册分析328

17.2.1 输入子系统的组成328

17.2.2 input_handler结构体328

17.2.3 注册input_handler329

17.2.4 input_handle结构体330

17.2.5 注册input_handle331

17.3 input子系统332

17.3.1 子系统初始化函数input_init()333

17.3.2 文件打开函数input_open_file()333

17.4 evdev输入事件驱动分析335

17.4.1 evdev的初始化335

17.4.2 evdev设备的打开337

17.5 小结340

第18章 块设备驱动程序341

18.1 块设备简介341

18.1.1 块设备总体概述341

18.1.2 块设备的结构342

18.2 块设备驱动程序的架构344

18.2.1 块设备加载过程344

18.2.2 块设备卸载过程345

18.3 通用块层346

18.3.1 通用块层346

18.3.2 alloc_disk（）函数对应的gendisk结构体346

18.3.3 块设备的注册和注销349

18.3.4 请求队列349

18.3.5 设置gendisk属性中的block_device_operations结构体350

18.4 不使用请求队列的块设备驱动351

18.4.1 不使用请求队列的块设备驱动程序的组成352

18.4.2 宏定义和全局变量352

18.4.3 加载函数353

18.4.4 卸载函数355

18.4.5 自定义请求处理函数355

18.4.6 驱动的测试356

18.5 I/O调度器359

18.5.1 数据从内存到磁盘的过程359

18.5.2 块I/O请求（bio）360

18.5.3 请求结构（request）363

18.5.4 求队列（request_queue）364

18.5.5 请求队列、请求结构、bio等之间的关系365

18.5.6 四种调度算法365

18.6 自定义I/O调度器367

18.6.1 Virtual_blkdev块设备的缺陷367

18.6.2 指定noop调度器368

18.6.3 Virtual_blkdev的改进实例368

18.6.4 编译和测试369

18.7 脱离I/O调度器370

18.7.1 请求队列中的bio处理函数370

18.7.2 通用块层函数调用关系371

18.7.3 对Virtual_blkdev块设备的改进373

18.7.4 编译和测试376

18.8 块设备的物理结构377

18.8.1 为Virtual_blkdev块设备添加分区377

18.8.2 对新的Virtual_blkdev代码的分析378

18.8.3 编译和测试379

18.8.4 分区数的计算381

18.8.5 设置Virtual_blkdev的结构382

18.8.6 编译和测试384

18.9 小结387

第19章 USB设备驱动程序389

19.1 USB概述389

19.1.1 USB概念389

19.1.2 USB的特点390

19.1.3 USB总线拓扑结构391

19.1.4 USB驱动总体架构391

19.2 USB设备驱动模型395

19.2.1 USB驱动初探395

19.2.2 USB设备驱动模型397

19.2.3 USB驱动结构usb_driver399

19.3 USB设备驱动程序404

19.3.1 USB设备驱动加载和卸载函数404

19.3.2 探测函数probe（）的参数usb_interface405

19.3.3 USB协议中的设备406

19.3.4 端点的传输方式412

19.3.5 设置413

19.3.6 探测函数storage_probe()415

19.4 获得USB设备信息418

19.4.1 设备关联函数associate_dev()418

19.4.2 获得设备信息函数get_device_info()419

19.4.3 得到传输协议get_transport（）函数420

19.4.4 获得协议信息函数get_protocol()421

19.4.5 获得管道信息函数get_pipes()422

19.5 资源的初始化425

19.5.1 storage_probe（）函数调用过程425

19.5.2 资源获取函数usb_stor_acquire_resources()426

19.5.3 USB请求块（urb）427

19.6 控制子线程430

19.6.1 控制线程431

19.6.2 扫描线程usb_stor_scan_thread()433

19.6.3 获得LUN函数usb_stor_Bulk_max_lun()434

19.7 小结441