精通LINUX设备驱动程序开发

目　　录 第1章　引言 1 1.1　演进 1 1.2　gnu copyleft 2 1.3　kernel.org 2 1.4　邮件列表和论坛 3 1.5　linux发行版 3 1.6　查看源代码 4 1.7　编译内核 7 1.8　可加载的模块 8 1.9　整装待发 9 第2章　内核 11 2.1　启动过程 11 2.1.1　bios-provided physical ram map 12 2.1.2　758mb lowmem available 14 2.1.3　kernel command line: ro root=/dev/hda1 14 2.1.4　calibrating delay...1197.46 .bogomips (lpj=2394935) 15 2.1.5　checking hlt instruction 16 2.1.6　net: registered protocol family 2 17 2.1.7　freeing initrd memory: 387k freed 17 2.1.8　io scheduler anticipatory registered (default) 18 2.1.9　setting up standard pci resources 18 2.1.10　ext3-fs: mounted filesystem 19 2.1.11　init: version 2.85 booting 19 2.2　内核模式和用户模式 20 2.3　进程上下文和中断上下文 20 2.4　内核定时器 21 2.4.1　hz和jiffies 21 2.4.2　长延时 22 2.4.3　短延时 24 2.4.4　pentium时间戳计数器 24 2.4.5　实时钟 25 2.5　内核中的并发 26 2.5.1　自旋锁和互斥体 26 2.5.2　原子操作 30 2.5.3　读—写锁 31 2.5.4　调试 32 2.6　proc文件系统 32 2.7　内存分配 33 2.8　查看源代码 34 第3章　内核组件 37 3.1　内核线程 37 3.1.1　创建内核线程 37 3.1.2　进程状态和等待队列 41 3.1.3　用户模式辅助程序 42 3.2　辅助接口 43 3.2.1　链表 44 3.2.2　散列链表 49 3.2.3　工作队列 49 3.2.4　通知链 51 3.2.5　完成接口 54 3.2.6　kthread辅助接口 56 3.2.7　错误处理助手 57 3.3　查看源代码 58 第4章　基本概念 61 4.1　设备和驱动程序介绍 61 4.2　中断处理 63 4.2.1　中断上下文 63 4.2.2　分配irq号 64 4.2.3　设备实例：导航杆 65 4.2.4　softirq和tasklet 68 4.3　linux设备模型 71 4.3.1　udev 71 4.3.2　sysfs、kobject和设备类 73 4.3.3　热插拔和冷插拔 76 4.3.4　微码下载 76 4.3.5　模块自动加载 77 4.4　内存屏障 78 4.5　电源管理 79 4.6　查看源代码 79 第5章　字符设备驱动程序 81 5.1　字符设备驱动程序基础 81 5.2　设备实例：系统cmos 82 5.2.1　驱动程序初始化 83 5.2.2　打开与释放 86 5.2.3　数据交换 88 5.2.4　查找 92 5.2.5　控制 94 5.3　检测数据可用性 95 5.3.1　轮询 95 5.3.2　fasync 98 5.4　和并行端口交互 99 5.5　rtc子系统 108 5.6　伪字符驱动程序 109 5.7　混杂驱动程序 110 5.8　字符设备驱动程序注意事项 115 5.9　查看源代码 115 第6章　串行设备驱动程序 118 6.1　层次架构 119 6.2　uart驱动程序 121 6.2.1　设备实例：手机 122 6.2.2　rs-485 132 6.3　tty驱动程序 132 6.4　线路规程 134 6.5　查看源代码 141 第7章　输入设备驱动程序 143 7.1　输入事件驱动程序 144 7.2　输入设备驱动程序 150 7.2.1　serio 150 7.2.2　键盘 150 7.2.3　鼠标 152 7.2.4　触摸控制器 157 7.2.5　加速度传感器 158 7.2.6　输出事件 158 7.3　调试 159 7.4　查看源代码 160 第8章　i2c协议 161 8.1　i2c/smbus是什么 161 8.2　i2c核心 162 8.3　总线事务 164 8.4　设备实例：eeprom 164 8.4.1　初始化 165 8.4.2　探测设备 167 8.4.3　检查适配器的功能 169 8.4.4　访问设备 169 8.4.5　其他函数 170 8.5　设备实例：实时时钟 171 8.6　i2c-dev 174 8.7　使用lm-sensors监控硬件 174 8.8　spi总线 174 8.9　1-wire总线 176 8.10　调试 176 8.11　查看源代码 176 第9章　pcmcia和cf 179 9.1　pcmcia/cf是什么 179 9.2　linux-pcmcia子系统 181 9.3　主机控制器驱动程序 183 9.4　pcmcia核心 183 9.5　驱动程序服务 183 9.6　客户驱动程序 183 9.6.1　数据结构 184 9.6.2　设备实例：pcmcia卡 185 9.7　将零件组装在一起 188 9.8　pcmcia存储 189 9.9　串行pcmcia 189 9.10　调试 191 9.11　查看源代码 191 第10章　pci 193 10.1　pci系列 193 10.2　寻址和识别 195 10.3　访问pci 198 10.3.1　配置区 198 10.3.2　i/o和内存 199 10.4　dma 200 10.5　设备实例：以太网—调制解调器卡 203 10.5.1　初始化和探测 203 10.5.2　数据传输 209 10.6　调试 214 10.7　查看源代码 214 第11章　usb 216 11.1　usb体系架构 216 11.1.1　总线速度 218 11.1.2　主机控制器 218 11.1.3　传输模式 219 11.1.4　寻址 219 11.2　linux-usb子系统 220 11.3　驱动程序的数据结构 221 11.3.1　usb_device结构体 221 11.3.2　urb 222 11.3.3　管道 223 11.3.4　描述符结构 223 11.4　枚举 225 11.5　设备实例：遥测卡 225 11.5.1　初始化和探测过程 226 11.5.2　卡寄存器的访问 230 11.5.3　数据传输 233 11.6　类驱动程序 236 11.6.1　大容量存储设备 236 11.6.2　usb-串行端口转换器 241 11.6.3　人机接口设备 243 11.6.4　蓝牙 243 11.7　gadget驱动程序 243 11.8　调试 244 11.9　查看源代码 245 第12章　视频驱动程序 247 12.1　显示架构 247 12.2　linux视频子系统 249 12.3　显示参数 251 12.4　帧缓冲api 252 12.5　帧缓冲驱动程序 254 12.6　控制台驱动程序 265 12.6.1　设备实例：手机 266 12.6.2　启动logo 270 12.7　调试 270 12.8　查看源代码 271 第13章　音频驱动程序 273 13.1　音频架构 273 13.2　linux声音子系统 275 13.3　设备实例：mp3播放器 277 13.3.1　驱动程序函数和结构体 278 13.3.2　alsa编程 287 13.4　调试 288 13.5　查看源代码 289 第14章　块设备驱动程序 291 14.1　存储技术 291 14.2　linux块i/o层 295 14.3　i/o调度器 295 14.4　块驱动程序数据结构和方法 296 14.5　设备实例：简单存储控制器 298 14.5.1　初始化 299 14.5.2　块设备操作 301 14.5.3　磁盘访问 302 14.6　高级主题 304 14.7　调试 306 14.8　查看源代码 306 第15章　网络接口卡 308 15.1　驱动程序数据结构 308 15.1.1　套接字缓冲区 309 15.1.2　网络设备接口 310 15.1.3　激活 311 15.1.4　数据传输 311 15.1.5　看门狗 311 15.1.6　统计 312 15.1.7　配置 313 15.1.8　总线相关内容 314 15.2　与协议层会话 314 15.2.1　接收路径 314 15.2.2　发送路径 315 15.2.3　流量控制 315 15.3　缓冲区管理和并发控制 315 15.4　设备实例：以太网nic 316 15.5　isa网络驱动程序 321 15.6　atm 321 15.7　网络吞吐量 322 15.7.1　驱动程序性能 322 15.7.2　协议性能 323 15.8　查看源代码 324 第16章　linux无线设备驱动 326 16.1　蓝牙 327 16.1.1　bluez 328 16.1.2　设备实例：cf卡 329 16.1.3　设备实例：usb适配器 330 16.1.4　rfcomm 331 16.1.5　网络 332 16.1.6　hid 334 16.1.7　音频 334 16.1.8　调试 334 16.1.9　关于源代码 334 16.2　红外 335 16.2.1　linux-irda 335 16.2.2　设备实例：超级i/o芯片 337 16.2.3　设备实例：ir dongle 338 16.2.4　ircomm 340 16.2.5　联网 340 16.2.6　irda套接字 341 16.2.7　lirc 341 16.2.8　查看源代码 342 16.3　wifi 343 16.3.1　配置 343 16.3.2　设备驱动程序 346 16.3.3　查看源代码 347 16.4　蜂窝网络 347 16.4.1　gprs 347 16.4.2　cdma 349 16.5　当前趋势 350 第17章　存储技术设备 352 17.1　什么是闪存 352 17.2　linux-mtd子系统 353 17.3　映射驱动程序 353 17.4　nor芯片驱动程序 358 17.5　nand芯片驱动程序 359 17.6　用户模块 361 17.6.1　块设备模拟 361 17.6.2　字符设备模拟 361 17.6.3　jffs2 362 17.6.4　yaffs2 363 17.7　mtd工具 363 17.8　配置mtd 363 17.9　xip 364 17.10　fwh 364 17.11　调试 367 17.12　查看源代码 367 第18章　嵌入式linux 369 18.1　挑战 369 18.2　元器件选择 370 18.3　工具链 371 18.4　bootloader 372 18.5　内存布局 374 18.6　内核移植 375 18.7　嵌入式驱动程序 376 18.7.1　闪存 377 18.7.2　uart 377 18.7.3　按钮和滚轮 378 18.7.4　pcmcia/cf 378 18.7.5　sd/mmc 378 18.7.6　usb 378 18.7.7　rtc 378 18.7.8　音频 378 18.7.9　触摸屏 379 18.7.10　视频 379 18.7.11　cpld/fpga 379 18.7.12　连接性 379 18.7.13　专用领域电子器件 380 18.7.14　更多驱动程序 380 18.8　根文件系统 380 18.8.1　nfs挂载的根文件系统 381 18.8.2　紧凑型中间件 382 18.9　测试基础设施 383 18.10　调试 383 18.10.1　电路板返工 384 18.10.2　调试器 385 第19章　用户空间的驱动程序 386 19.1　进程调度和响应时间 387 19.1.1　原先的调度器 387 19.1.2　o(1)调度器 387 19.1.3　cfs 388 19.1.4　响应时间 388 19.2　访问i/o区域 390 19.3　访问内存区域 393 19.4　用户模式scsi 395 19.5　用户模式usb 397 19.6　用户模式i2c 400 19.7　uio 401 19.8　查看源代码 402 第20章　其他设备和驱动程序 403 20.1　ecc报告 403 20.2　频率调整 407 20.3　嵌入式控制器 408 20.4　acpi 408 20.5　isa与mca 410 20.6　火线 410 20.7　智能输入/输出 411 20.8　业余无线电 411 20.9　voip 411 20.10　高速互联 412 20.10.1　infiniband 413 20.10.2　rapidio 413 20.10.3　光纤通道 413 20.10.4　iscsi 413 第21章　调试设备驱动程序 414 21.1　kdb 414 21.1.1　进入调试器 415 21.1.2　kdb 415 21.1.3　kgdb 417 21.1.4　gdb 420 21.1.5　jtag调试器 421 21.1.6　下载 423 21.2　内核探测器 423 21.2.1　kprobe 423 21.2.2　jprobe 427 21.2.3　返回探针 429 21.2.4　局限性 431 21.2.5　查看源代码 431 21.3　kexec与kdump 431 21.3.1　kexec 432 21.3.2　kdump与kexec协同工作 432 21.3.3　kdump 433 21.3.4　查看源代码 437 21.4　性能剖析 437 21.4.1　利用oprofile剖析内核性能 438 21.4.2　利用gprof剖析应用程序性能 440 21.5　跟踪 441 21.6　ltp 444 21.7　uml 444 21.8　诊断工具 444 21.9　内核修改配置选项 444 21.10　测试设备 445 第22章　维护与发布 446 22.1　代码风格 446 22.2　修改标记 446 22.3　版本控制 447 22.4　一致性检查 447 22.5　构建脚本 448 22.6　可移植代码 450 第23章　结束语 451 23.1　流程一览表 451 23.2　下一步该做什么 452 附录a　linux汇编 453 附录b　linux与bios 457 附录c　seq文件 461