嵌入式Linux高級驅動教程

第1章 Linux基礎知識 1
1．1 Linux歷史介紹 1
1．2 Linux 常用命令 1
1．2．1 文件管理命令 1
1．2．2 磁盤相關命令（fdisk） 9
1．2．3 文檔編輯命令 10
1．2．4 文件傳輸命令 11
1．2．5 磁盤維護命令 12
1．2．6 系統(tǒng)設置命令 12
1．2．7 備份壓縮命令 13
1．3 Linux環(huán)境編程入門 14
1．3．1 GCC介紹 14
1．3．2 GNU Make 基本語法 15
1．3．3 Makefile 通用模塊 20
1．4 Linux內核版本 21
1．5 Linux內核開發(fā)者社區(qū) 22
1．6 shell 編程入門 22
1．6．1 shell里的流程控制 26
1．6．2 Here Documents 31
1．6．3 shell里的函數(shù) 32
1．6．4 命令行參數(shù) 33
1．6．5 shell腳本示例 33
1．6．6 腳本調試 34
1．7 vim編輯器 35
1．7．1 模式 35
1．7．2 常用命令 36
1．7．3 配置文件 38
第2章　嵌入式Linux驅動開發(fā)環(huán)境搭建 40
2．1 引言 40
2．2 交叉編譯器 42
2．2．1 交叉編譯器概念 42
2．2．2 交叉編譯器獲取 42
2．2．3 交叉編譯器安裝 42
2．2．4 交叉編譯器使用 43
2．3 嵌入式開發(fā)串口終端 44
2．3．1 串口終端用途介紹 44
2．3．2 Windows下超級終端介紹 45
2．3．3 Linux下Minicom 串口終端介紹 46
2．4 嵌入式開發(fā)相關下載工具 50
2．4．1 Windows下TFTP下載軟件 50
2．4．2 Linux下TFTP服務 50
2．4．3 Linux 下NFS服務器 51
2．5 啟動加載程序的使用和移植 52
2．5．1 u-boot常用命令 52
2．5．2 u-boot常用環(huán)境變量介紹 53
2．5．3 u-boot移植到mini2440方法 53
2．6 為mini2440編譯內核 56
2．7 根文件系統(tǒng)制作 56
2．7．1 根文件系統(tǒng)的作用 56
2．7．2 根文件系統(tǒng)的制作步驟 57
2．8 J-Link仿真器使用 59
2．8．1 J-Link功能簡介 59
2．8．2 J-Link功能配置及使用范例 60
第3章　Linux設備驅動簡介 63
3．1 Linux設備驅動概述 63
3．2 Linux內核結構 63
3．2．1 Linux內核空間劃分 63
3．2．2 Linux用戶空間 64
3．2．3 Linux內核空間 64
3．2．4 用戶態(tài)和內核態(tài) 64
3．2．5 進程上下文和中斷上下文 64
3．3 Linux設備驅動特點 65
3．3．1 設備分類 65
3．3．2 設備號 65
3．3．3 模塊和設備驅動關系 66
3．4 內核模塊的主要相關命令 66
3．5 內核驅動信息打印―printk 67
第4章　Linux內核模塊編程 71
4．1 認識Linux模塊 71
4．1．1 一個最簡單的Linux內核模塊 71
4．1．2 Linux內核模塊程序結構 74
4．1．3 helloworld．c模塊Makefile 文件編寫 76
4．1．4 helloworld模塊編譯 76
4．2 模塊編程形式2：多模塊――模塊間有依賴關系 76
4．2．1 模塊符號導出 76
4．2．2 多模塊C代碼編程示例 77
4．2．3 多模塊Makefile編譯編程示例 78
4．2．4 編譯和測試模塊 78
4．2．5 多模塊編程總結 79
4．3 模塊編程形式3：模塊傳遞參數(shù) 79
4．3．1 模塊傳遞參數(shù)關鍵宏定義 79
4．3．2 module_param () 介紹 79
4．3．3 模塊傳遞參數(shù)示例C代碼 81
4．3．4 模塊傳遞參數(shù)示例Makefile 82
4．3．5 編譯和測試模塊傳遞參數(shù)功能 82
4．3．6 模塊傳遞參數(shù)功能總結 83
4．4 模塊編程形式4：多個C文件編譯為一個模塊 84
4．4．1 多個C文件模塊示例C代碼 84
4．4．2 多個C文件模塊示例Makefile代碼 85
4．4．3 編譯和測試模塊 85
4．4．4 多個C文件模塊編程總結 86
第5章　字符設備驅動開發(fā) 87
5．1 Linux設備驅動特點 87
5．1．1 Linux系統(tǒng)3大類設備特點 87
5．1．2 Linux內核框架 88
5．1．3 字符設備的幾種編程模型 89
5．2 字符設備相關重要結構 89
5．2．1 struct file_operaions結構 89
5．2．2 struct inode結構 92
5．2．3 struct file結構 96
5．3 雜項設備驅動模板 97
5．3．1 雜項設備注冊和注銷 98
5．3．2 雜項設備驅動測試 99
5．3．3 雜項設備驅動模型示例 101
5．4 早期標準字符設備驅動模板 105
5．4．1 早期標準字符設備驅動注冊和注銷 105
5．4．2 早期標準字符設備驅動模型示例 106
5．4．3 早期標準字符設備驅動模型測試 109
5．5 Linux 2．6標準字符設備驅動模型 112
5．5．1 Linux 2．6標準字符設備驅動核心結構：struct cdev 112
5．5．2 Linux 2．6標準字符設備驅動設備號 112
5．5．3 Linux 2．6標準字符設備驅動相關API函數(shù) 113
5．5．4 Linux 2．6標準字符設備驅動編寫流程 115
5．5．5 Linux 2．6標準字符設備驅動模型示例 115
5．5．6 Linux 2．6標準字符設備驅動程序測試 120
5．6 字符設備驅動模型小結 122
5．7 早期字符設備驅動自動生成設備節(jié)點文件 123
5．7．1 mdev的介紹及使用方法 123
5．7．2 相關數(shù)據(jù)結構、函數(shù)介紹 124
5．7．3 自動創(chuàng)建設備文件范例 126
5．7．4 自動創(chuàng)建設備文件小結 133
第6章　字符設備LED驅動 135
6．1 LED硬件原理圖 135
6．2 LED點燈原理分析 135
6．3 字符設備驅動open接口 136
6．3．1 open接口參數(shù) 136
6．3．2 open 接口函數(shù)框架 136
6．4 release接口函數(shù) 137
6．4．1 release 接口函數(shù)的作用 137
6．4．2 release接口函數(shù)框架 137
6．5 字符設備驅動write接口 137
6．5．1 write接口參數(shù)說明 137
6．5．2 與write接口代碼相關的常用API 138
6．5．3 write 接口函數(shù)框架 138
6．6 字符設備驅動read接口 139
6．6．1 read接口參數(shù) 139
6．6．2 與read接口代碼相關的常用API 139
6．6．3 read 接口函數(shù)框架 139
6．7 llseek接口實現(xiàn) 140
6．7．1 llseek接口參數(shù) 140
6．7．2 llsek接口函數(shù)框架 140
6．7．3 重寫能與llseek配套的write函數(shù)框架 141
6．7．4 重寫能與llseek配套的read函數(shù)框架 142
6．8 LED驅動程序示例 143
6．8．1 LED驅動程序要使用到的核心函數(shù) 143
6．8．2 LED驅動程序示例 143
6．9 ioctl控制接口 154
6．9．1 用戶空間ioctl系統(tǒng)調用 154
6．9．2 內核空間驅動ioctl的方法 154
6．9．3 ioctl接口函數(shù)框架示例 156
6．9．4 LED驅動添加標準ioctl接口控制LED的范例 158
第7章 內核同步機制 172
7．1 引言 172
7．2 原子操作 172
7．2．1 原子操作概念 172
7．2．2 原子操作相關API 173
7．2．3 簡單原子操作使用例子 176
7．3 信號量 181
7．3．1 信號量概念 181
7．3．2 信號量相關API 181
7．3．3 簡單信號量使用例子 183
7．4 讀寫信號量（rw_semaphore） 188
7．4．1 讀寫信號量概念 188
7．4．2 讀寫信號量相關API 189
7．5 自旋鎖 191
7．5．1 自旋鎖概念 192
7．5．2 自旋鎖相關API 192
7．5．3 自旋鎖使用方法小結 197
第8章 LED驅動完善―添加同步機制代碼 199
8．1 信號量實現(xiàn)LED設備獨占 199
8．1．1 添加互斥量代碼實現(xiàn)獨占功能示例 199
8．1．2 應用程序測試信號量獨占功能 205
8．2 原子操作實現(xiàn)LED設備獨占 206
8．2．1 原子操作代碼實現(xiàn)獨占功能示例 206
8．2．2 測試應用程序：原子操作獨占功能 213
8．3 自旋鎖實現(xiàn)LED設備并發(fā)控制 214
8．3．1 SMP并發(fā)分析 214
8．3．2 自旋鎖代碼實現(xiàn)設備并發(fā)控制功能示例 215
8．3．3 應用程序測試自旋鎖并發(fā)控制功能 221
8．4 等待隊列 222
8．4．1 為什么要使用等待隊列 222
8．4．2 等待隊列頭數(shù)據(jù)結構 222
8．4．3 等待隊列的睡眠過程 222
8．4．4 等待隊列的喚醒過程 225
8．4．5 等待隊列API 227
8．5 各種同步機制的比較 231
第9章 Linux中斷驅動程序 232
9．1 什么是中斷 232
9．2 Linux 2．6 中斷處理原理 232
9．3 Linux中斷處理程序架構 235
9．3．1 底半部實現(xiàn)方法之一：tasklet 235
9．3．2 底半部實現(xiàn)方法之二：工作隊列 239
9．4 Linux 2．6 中斷API 244
9．4．1 注冊中斷 244
9．4．2 注銷中斷 245
9．4．3 禁止中斷 246
9．4．4 使能中斷 246
9．4．5 共享中斷 247
9．5 按鍵設備驅動程序 247
9．5．1 開發(fā)板按鍵硬件原理圖 247
9．5．2 軟件設計程序分析 247
9．5．3 按鍵驅動程序代碼示例 248
9．5．4 按鍵驅動應用程序測試結果 258
9．6 非阻塞I/O和阻塞I/O 261
9．6．1 概念 261
9．6．2 如何在設備驅動實現(xiàn)阻塞功能 261
9．6．3 驅動阻塞和非阻塞模板 262
9．7 按鍵驅動程序完善：新增加poll接口 263
9．7．1 鍵驅動程序poll接口示例代碼清單 263
9．7．2 poll接口應用程序編寫 273
9．7．3 測試結果及分析 276
第10章 內核工作隊列 281
10．1 內核工作隊列概述 281
10．2 Linux workqueue工作原理 281
10．2．1 數(shù)據(jù)結構work_struct 282
10．2．2 數(shù)據(jù)結構workqueue_struct 282
10．2．3 數(shù)據(jù)結構cpu_workqueue_struct 283
10．2．4 workqueue原理分析 283
10．3 Linux內核共享工作隊列 284
10．3．1 共享工作隊列介紹 284
10．3．2 內核共享工作隊列API 284
10．3．3 內核共享工作隊列使用步驟 285
10．3．4 內核共享工作隊列示例 286
10．3．5 內核共享工作隊列測試及結果分析 287
10．4 自定義內核工作隊列 288
10．4．1 創(chuàng)建工作隊列 288
10．4．2 調度工作隊列 288
10．4．3 銷毀工作隊列 289
10．4．4 自定義工作隊列示例 289
10．4．5 自定義工作隊列測試及結果分析 292
10．5 延時工作隊列 292
10．5．1 延時工作隊列介紹 292
10．5．2 延時工作隊列數(shù)據(jù)結構和核心API 293
10．5．3 延時工作隊列示例 294
10．5．4 延時工作隊列測試及結果分析 296
10．6 內核微線程tasklet 296
10．6．1 內核微線程簡介 296
10．6．2 tasklet的創(chuàng)建及enable/disable函數(shù) 297
10．6．3 tasklet調度函數(shù) 298
10．6．4 微線程kill函數(shù) 299
10．6．5 tasklet微線程的編程步驟 300
10．6．6 tasklet的簡單示例 301
10．6．7 微線程的簡單示例測試及結果分析 302
10．7 按鍵設備驅動程序改進――使用延時工作隊列實現(xiàn)消抖 303
10．7．1 按鍵抖動機械特性分析 303
10．7．2 軟件設備框架分析 304
10．7．3 增加延時工作隊列機制的按鍵驅動代碼示例 304
10．7．4 添加延時工作隊列機制的按鍵驅動程序測試及結果分析 315
第11章 內核定時器 317
11．1 內核定時器概述 317
11．2 相關數(shù)據(jù)結構 317
11．3 內核定時器函數(shù) 318
11．3．1 靜態(tài)定義并初始化定時器API 318
11．3．2 定時器初始化 318
11．3．3 向內核添加定時器 319
11．3．4 定時器時間修改 319
11．3．5 定時器取消 320
11．3．6 定時情況查詢 320
11．4 定時器編程步驟 320
11．5 內核定時器編程簡單示例 321
11．5．1 內核定時器示例代碼 321
11．5．2 內核定時示例代碼測試結果分析 322
11．6 按鍵設備驅動程序改進―使用內核定時器實現(xiàn)消抖 323
11．6．1 修改按鍵驅動代碼 323
11．6．2 改進版本的按鍵驅動程序測試及結果分析 335
第12章 平臺設備驅動模型 337
12．1 平臺設備和驅動初識 337
12．1．1 總線驅動模型簡介 337
12．1．2 平臺總線驅動模型特點 337
12．2 平臺設備驅動模型分層 337
12．2．1 platform 設備層編程 337
12．2．2 設備層核心數(shù)據(jù)結構 338
12．2．3 platform 設備層API 339
12．2．4 platform驅動層編程 340
12．2．5 平臺驅動層核心數(shù)據(jù)結構 341
12．2．6 platform 驅動層核心API 342
12．3 基于平臺模型的LED設備驅動 343
12．3．1 平臺模型LED驅動軟件框架分析 343
12．3．2 平臺模型LED驅動層編程 344
12．3．3 平臺模型設備層編程 346
12．3．4 平臺模型LED驅動測試結果分析 353
第13章 LCD設備驅動 355
13．1 FrameBuffer 的原理 355
13．2 FrameBuffer在Linux中的實現(xiàn)和機制 355
13．3 內核自帶s3c2440 LCD驅動移植 356
13．3．1 LCD硬件資源分析 356
13．3．2 LCD工作時序參數(shù)分析 357
13．3．3 驅動探測函數(shù)簡要分析 360
13．3．4 LCD驅動平臺數(shù)據(jù)結構 360
13．3．5 LCD驅動平臺資源分析 363
13．3．6 LCD設備驅動設備層編程 364
13．4 LCD設備驅動分析 365
13．4．1 LCD設備驅動核心結構struct fb_info 366
13．4．2 LCD設備驅動可變參數(shù)結構struct fb_var_screeninfo 367
13．4．3 LCD設備驅動固定參數(shù)結構struct fb_fix_screeninfo 368
13．4．4 LCD設備驅動硬件操作方法結構struct fb_ops 369
13．4．5 LCD設備驅動probe函數(shù)分析 371
13．4．6 LCD設備驅動remove函數(shù)分析 384
13．4．7 LCD設備驅動suspend函數(shù)分析 385
13．4．8 LCD設備驅動resume函數(shù)分析 385
13．4．9 LCD硬件操作函數(shù)結構struct fb_ops *fbop分析 386
13．5 LCD應用程序編程示例 391
13．5．1 LCD顯示漢字示例代碼 391
13．5．2 LCD顯示BMP圖片示例代碼 399
第14章 Linux下clock子系統(tǒng) 407
14．1 clk時鐘管理概念 407
14．2 核心數(shù)據(jù)結構struct clk 407
14．3 clocks鏈表 408
14．4 clk平臺通用操作 408
14．5 clk與pm（電源管理） 409
14．6 clk時鐘系統(tǒng)實現(xiàn)原理 409
14．7 clk時鐘系統(tǒng)的應用 409
第15章 Linux輸入子系統(tǒng) 413
15．1 輸入子系統(tǒng)概述 413
15．2 輸入子系統(tǒng)的結構 413
15．3 Linux中輸入設備驅動的分層 414
15．4 關鍵結構體 414
15．5 軟件設計流程 418
15．6 常用相關API 418
15．7 使用輸入子系統(tǒng)的例子 420
15．8 小結 424
第16章 Linux觸摸屏驅動 425
16．1 電阻式觸摸屏工作原理 425
16．2 s3c2440中的觸摸屏接口 425
16．3 mini2440的觸摸屏驅動 426
16．3．1 初始化 431
16．3．2 中斷處理 433
16．3．3 測試與校準 434
16．4 觸摸屏驅動總結 436
第17章 網(wǎng)絡設備驅動 437
17．1 網(wǎng)絡設備概述 437
17．2 DM9000芯片工作原理介紹 438
17．2．1 DM9000功能介紹 438
17．2．2 DM9000結構框圖 438
17．3 DM9000的引腳 438
17．4 DM9000的寄存器 442
17．5 DM9000內部寄存器訪問方式 452
17．6 DM9000 編程操作步驟 453
17．7 mini2440 開發(fā)板DM9000硬件連接圖分析 454
17．8 DM9000 Linux驅動移植 456
17．8．1 DM9000設備模型分析 456
17．8．2 DM9000探測函數(shù)簡要分析 456
17．8．3 DM9000 平臺的資源分析 457
17．8．4 DM9000平臺的數(shù)據(jù)分析 458
17．8．5 移植DM9000平臺設備層代碼的編寫 460
17．9 DM9000 Linux驅動源碼分析 461
17．9．1 數(shù)據(jù)結構 struct net_device 461
17．9．2 數(shù)據(jù)結構struct net_device_ops 462
17．9．3 數(shù)據(jù)結構 struct sk_buff 463
17．9．4 私有數(shù)據(jù)結構 struct board_info 465
17．9．5 DM9000使用到的核心API 466
17．10 DM9000驅動模塊入口函數(shù)分析 476
17．11 DM9000探測函數(shù)代碼分析 477
17．12 DM9000網(wǎng)卡硬件操作函數(shù)struct net_device_ops重要成員分析 486
17．12．1 網(wǎng)絡設備打開函數(shù)ndo_open接口 486
17．12．2 網(wǎng)絡設備關閉函數(shù)ndo_stop接口 490
17．12．3 網(wǎng)絡設備發(fā)送函數(shù)ndo_start_xmit接口 491
17．12．4 網(wǎng)絡設備超時處理函數(shù)ndo_tx_timeout接口 498
17．13 接收過程詳細分析 499
17．13．1 DM9000接收中斷代碼分析 499
17．13．2 DM9000讀數(shù)據(jù)包及提交數(shù)據(jù)包到上層函數(shù)分析 500
第18章 Linux I2C子系統(tǒng) 507
18．1 IIC總線知識 507
18．2 IIC子系統(tǒng)體系結構 510
18．3 IIC相關的重要數(shù)據(jù)結構 510
18．4 IIC核心層 513
18．5 i2c_add_driver分析 515
18．6 IIC設備驅動示例 518
18．6．1 設備驅動程序 518
18．6．2 應用程序編程 522
18．7 IIC總線驅動分析 524
18．7．1 適配器驅動 524
18．7．2 適配器平臺資源 531
18．8 IIC子系統(tǒng)總結 531
第19章 Linux SPI子系統(tǒng) 532
19．1 SPI子系統(tǒng)概述 532
19．2 SPI子系統(tǒng)框圖詳解 532
19．3 SPI相關的數(shù)據(jù)結構 533
19．4 SPI核心代碼的初始化分析 535
19．5 SPI設備文件自動產生代碼的分析 536
19．6 SPI子系統(tǒng)核心API 537
19．7 SPI設備驅動范例 539
19．7．1 SPI設備驅動程序編程 539
19．7．2 SPI應用程序編程 544
19．8 SPI總線驅動分析 546
19．9 SPI子系統(tǒng)總結 549
第20章 單總線協(xié)議―DS18B20溫度傳感器驅動 550
20．1 DS18B20介紹 550
20．2 DS18B20的特點 550
20．3 DS18B20的內部結構 550
20．4 DS18B20指令碼 553
20．5 DS18B20時序 554
20．5．1 復位時序 554
20．5．2 寫時序 555
20．5．3 讀時序 555
20．6 DS18B20操作流程 556
20．7 DS18B20與單片機的典型接口設計 556
20．8 DS18B20的精確延時問題 557
20．9 基于MS51單片機的裸機DS18B20 驅動程序 557
20．10 Linux 系統(tǒng)下的DS18B20溫度傳感器驅動 561
20．10．1 內核自帶DS18B20溫度傳感器驅動簡要說明 562
20．10．2 通過內核配置菜單配置DS18B20驅動 562
20．10．3 注冊DS18B20驅動的設備層 563
第21章 Linux MTD子系統(tǒng) 567
21．1 Linux MTD子系統(tǒng)介紹 567
21．2 MTD子系統(tǒng)相關核心結構 569
21．3 Nand Flash硬件操作介紹 572
21．3．1 Nand Flash工作原理 572
21．3．2 Nand Flash 數(shù)據(jù)存儲單元的整體架構 573
21．3．3 Nand Flash 引腳（Pin）說明 573
21．3．4 Nand Flash尋址方式 573
21．3．5 Nand Flash讀操作流程 574
21．3．6 Nand Flash 寫操作流程 574
21．3．7 Nand Flash主要內設命令詳細介紹 575
21．3．8 Nand Flash 控制器中特殊功能寄存器介紹 576
21．4 Nand Flash驅動實例 577
21．4．1 Nand Flash驅動框架編寫 577
21．4．2 Nand Flash底層操作程序 584
21．4．3 Nand Flash分區(qū)的配置 585
21．4．4 Nand Flash驅動掛接測試 585
21．5 基于MTD 子系統(tǒng)的設備驅動編程總結 586
參考文獻 587