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编辑推荐

　　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

　　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”。

内容简介

　　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。

【备注：本书第11页，第六行链接已经失效，替换为：http://pan.baidu.com/s/1cFrl2e 密码：ezs2】

作者简介

　　宋宝华，Linux布道者，知名嵌入式系统专家，《Essential Linux Device Drivers》译者。作为较早从事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。

精彩书评

　　★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新好的《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）

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

1.1　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

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