1.本書將幫助您了解驅動程序的基礎知識，並為漫長的Linux內核之旅做好準備。

2.本書介紹了基於各種Linux子繫統的驅動程序開發，例如內存管理、PWM、RTC、IIO和IRQ管理。

3.本書還提供了有關直接內存訪問和網絡設備驅動程序的實用方法。

4.通過閱讀本書，您將掌握設備驅動程序開發的概念，並將能夠使用*的內核版本（編寫本書時為v4.13）從頭編寫任何設備驅動程序。

5.提供源代碼。



Linux內核是一個復雜、可移植、模塊化且使用廣泛的軟件，其可在設備的服務器和嵌入式繫統上運行。設備驅動程序在Linux繫統的性能方面起著至關重要的作用。由於Linux已經成為非常受歡迎的操作繫統，因此開發專有設備驅動程序的需求也在穩步增長。



您將學到以下內容：

·使用內核工具開發功能強大的驅動程序；

·為I2C和SPI設備開發驅動程序，並使用Regmap API；

·在驅動程序內編寫和支持設備樹；

·為網絡和幀緩衝設備編寫高級驅動程序；

·深入研究Linux irqdomain API並編寫中斷控制器驅動程序；

·通過調節器和PWM框架增強技能；

·使用IIO框架開發測量繫統驅動程序；

·充分利用內存管理和DMA子繫統；

·訪問和管理GPIO子繫統並開發GPIO控制器驅動程序。

第 1章內核開發簡介 1

1.1環境設置1

1.1.1獲取源代碼2

1.1.2內核配置4

1.1.3構建自己的內核4

1.2內核約定6

1.2.1編碼風格6

1.2.2內核結構分配和初始化7

1.2.3類、對像、面向對像的編程7

1.3總結8

第2章 設備驅動程序基礎9

2.1內核空間和用戶空間9

2.1.1模塊的概念10

2.1.2模塊依賴10

2.1.3模塊的加載和卸載11

2.2驅動程序框架13

2.2.1模塊的入點和出點14

2.2.2模塊信息16

2.3錯誤和消息打印18

2.3.1錯誤處理19

2.3.2處理空指針錯誤21

2.3.3消息打印—— printk()22

2.4模塊參數24

2.5構建第 一個模塊25

2.5.1模塊的makefile26

2.5.2內核樹內27

2.5.3內核樹外29

2.5.4構建模塊29

2.6總結30

第3章內核工具和輔助函數31

3.1理解宏container_of31

3.2鏈表33

3.2.1創建和初始化鏈表35

3.2.2創建鏈表節點36

3.2.3添加鏈表節點36

3.2.4刪除鏈表節點37

3.2.5鏈表遍歷37

3.3內核的睡眠機制38

3.4延遲和定時器管理41

3.4.1標準定時器41

3.4.2高精度定時器（HRT）44

3.4.3動態Tick/Tickless內核46

3.4.4內核中的延遲和睡眠46

3.5內核的鎖機制47

3.5.1互斥鎖47

3.5.2自旋鎖49

3.6工作延遲機制51

3.6.1Softirq和Ksoftirqd51

3.6.2Tasklet53

3.6.3Tasklet調度54

3.6.4工作隊列56

3.6.5內核線程62

3.7內核中斷機制62

3.7.1注冊中斷處理程序62

3.7.2下半部的概念65

3.8線程化中斷68

3.9從內核調用用戶空間應用程序71

3.10總結72

第4章字符設備驅動程序73

4.1主設備和次設備的概念73

4.2設備文件操作76

4.3分配和注冊字符設備77

4.4寫文件操作79

4.4.1內核空間和用戶空間數據交換79

4.4.2open方法80

4.4.3release方法81

4.4.4write方法82

4.4.5read方法84

4.4.6llseek方法86

4.4.7poll方法88

4.4.8ioctl方法91

4.4.9填充file_operations結構95

4.5總結95

第5章平臺設備驅動程序96

5.1平臺驅動程序97

5.2平臺設備100

5.3設備、驅動程序和總線匹配105

5.4總結113

第6章設備樹的概念114

6.1設備樹機制114

6.1.1命名約定115

6.1.2別名、標簽和phandle115

6.1.3DT編譯器117

6.2表示和尋址設備117

6.2.1SPI和I2C尋址118

6.2.2平臺設備尋址119

6.3處理資源120

6.3.1命名資源的概念121

6.3.2訪問寄存器122

6.3.3處理中斷123

6.3.4提取特定應用數據124

6.4平臺驅動程序和DT127

6.4.1OF匹配風格127

6.4.2匹配風格混合132

6.4.3平臺數據與DT136

6.5總結137

第7章I2C客戶端驅動程序138

7.1驅動程序架構139

7.1.1i2c_driver結構139

7.1.2驅動程序的初始化和注冊142

7.1.3驅動程序和設備的配置142

7.2訪問客戶端143

7.2.1普通I2C通信143

7.2.2繫統管理總線（SMBus）兼容函數145

7.2.3在開發板配置文件中實例化I2C設備（棄用的舊方式）146

7.3I2C和設備樹147

7.3.1定義和注冊I2C驅動程序147

7.3.2在設備樹中實例化I2C設備——新方法149

7.3.3小結149

7.4總結150

第8章SPI設備驅動程序151

8.1驅動程序架構151

8.1.1設備結構152

8.1.2spi_driver結構154

8.1.3驅動程序的初始化和注冊156

8.1.4驅動程序和設備配置157

8.2訪問和與客戶端通信161

8.3小結166

8.4SPI用戶模式驅動程序166

8.5總結170

第9章Regmap API ——寄存器映射抽像171

9.1使用Regmap API編程172

9.1.1regmap_config結構172

9.1.2Regmap初始化175

9.1.3設備訪問函數177

9.1.4Regmap和緩存180

9.1.5小結181

9.1.6Regmap示例182

9.2總結184

第10章 IIO框架185

10.1IIO數據結構186

10.1.1Iio_dev數據結構186

10.1.2iio_info結構190

10.1.3IIO通道190

10.1.4小結196

10.2觸發緩衝區支持199

10.2.1IIO觸發器和sysfs（用戶空間）202

10.2.2IIO緩衝區206

10.2.3小結208

10.3IIO數據訪問214

10.3.1單次捕獲214

10.3.2緩衝區數據訪問214

10.4IIO工具216

10.5總結217

第11章 內核內存管理218

11.1繫統內存布局——內核空間和用戶空間219

11.1.1內核地址——低端和高端內存概念221

11.1.2用戶空間尋址222

11.1.3虛擬內存區域225

11.2地址轉換和MMU227

11.3內存分配機制232

11.3.1頁面分配器233

11.3.2Slab分配器235

11.3.3kmalloc分配繫列238

11.3.4vmalloc分配器240

11.3.5後臺的進程內存分配242

11.4使用I/O內存訪問硬件244

11.4.1PIO設備訪問244

11.4.2MMIO設備訪問245

11.5內存（重）映射248

11.5.1kmap248

11.5.2映射內核內存到用戶空間249

11.6Linux緩存繫統253

11.6.1什麼是緩存253

11.6.2為什麼數據延遲寫入磁盤255

11.7設備管理的資源—— Devres256

11.8總結257

第12章 DMA ——直接內存訪問258

12.1設置DMA映射258

12.1.1緩存一致性和DMA258

12.1.2DMA映射259

12.2完成的概念263

12.3DMA引擎API264

12.3.1分配DMA從通道265

12.3.2設置從設備和控制器指定參數266

12.3.3獲取事務描述符269

12.3.4提交事務270

12.3.5發布待處理DMA請求並等待回調通知271

12.4總結—— NXP SDMA(i.MX6)272

12.5DMA DT綁定277

12.6總結278

第13章 Linux設備模型279

13.1LDM數據結構279

13.1.1總線280

13.1.2設備驅動程序285

13.1.3設備287

13.2深入剖析LDM289

13.2.1kobject結構289

13.2.2kobj_type291

13.2.3內核對像集合293

13.2.4屬性294

13.3設備模型和sysfs296

13.3.1sysfs文件和屬性297

13.3.2允許輪詢sysfs屬性文件303

13.4總結304

第14章 引腳控制和GPIO子繫統305

14.1引腳控制子繫統305

14.2GPIO子繫統310

14.2.1基於整數的GPIO接口：傳統方法310

14.2.2基於描述符的GPIO接口：新的推薦方式315

14.2.3GPIO接口和設備樹322

14.2.4GPIO和sysfs327

14.3總結329

第15章 GPIO控制器驅動程序—— gpio_chip330

15.1驅動程序體繫結構和數據結構330

15.2引腳控制器指南334

15.3GPIO控制器的sysfs接口335

15.4GPIO控制器和DT335

15.5總結336

第16章 高級IRQ管理337

16.1中斷復用和中斷控制器339

16.2高級外設IRQ管理347

16.3中斷請求和傳播349

16.3.1鏈接IRQ351

16.3.2案例研究—— GPIO和IRQ芯片351

16.4總結356

第17章 輸入設備驅動程序357

17.1輸入設備結構357

17.2分配並注冊輸入設備360

17.3產生和報告輸入事件364

17.4用戶空間接口366

17.5回顧368

17.6總結376

第18章 RTC驅動程序377

18.1RTC框架數據結構377

18.2RTC和用戶空間387

18.2.1sysfs接口387

18.2.2hwclock工具388

18.3總結389

第19章 PWM驅動程序390

19.1PWM控制器驅動程序391

19.1.1驅動程序示例393

19.1.2PWM控制器綁定396

19.2PWM消費者接口397

19.3通過sysfs接口使用PWM401

19.4總結402

第20章 調節器框架403

20.1PMIC/生產者驅動程序接口404

20.1.1驅動程序數據結構404

20.1.2驅動程序方法412

20.1.3驅動程序示例418

20.2調節器消費者接口421

20.2.1調節器設備請求422

20.2.2控制調節器設備423

20.3調節器綁定425

20.4總結426

第21章 幀緩衝驅動程序427

21.1驅動程序數據結構428

21.2設備方法431

21.3驅動程序方法434

21.3.1fb_ops剖析436

21.3.2總結440

21.4用戶空間的幀緩衝440

21.5總結442

第22章 網絡接口卡驅動程序443

22.1驅動程序數據結構443

22.1.1套接字緩衝區結構444

22.1.2網絡接口結構446

22.2設備方法448

22.2.1打開和關閉449

22.2.2數據包處理452

22.2.3驅動程序示例457

22.2.4狀態和控制460

22.3驅動程序方法463

22.3.1probe函數464

22.3.2模塊卸載466

22.4總結466