了得網計算機/網絡_深入理解Linux驅動程序設計

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隨著物聯網和人工智能的發展，Linux將更多地應用於嵌入式設備中，這對Linux內核中各種驅動的設計和實現也提出了更高的要求。Linux內核版本不斷升級，其設備管理方式也發生變化，內核提供的設備管理的關鍵數據結構和函數也產生變化，尤其是隨著新的硬件體繫結構變化和新型外圍設備的出現，內核設備管理也隨之不斷變化。本書基於*的Linux 3.8.13 內核，通過13章（包括Linux內核、驅動開發基礎、驅動開發實例）內容，全面深入地論述了Linux設備驅動開發的全方位技術。主要內容如下：

（1） Linux內核設備管理方式

（2）Linux驅動開發基礎

（3）Linux字符設備驅動開發

（4）Linux內核中斷機制

（5）Linux塊設備驅動開發

（6）Linux網絡設備驅動開發

（7）Linux MMC/SD驅動開發

（8）LinuxUSB驅動開發

（9）Linux I2C總線設備驅動

（10）Linux PCI總線設備驅動

（11）Linux輸入設備驅動

（12）Linux Flash驅動開發

內容簡介

《深入理解Linux 驅動程序設計》基於Linux內核3.8.13源代碼及相關實例向讀者繫統而詳盡地介紹和分析了Linux設備驅動程序開發框架、原理和方法。全書共分13章，內容包括字符設備、塊設備、網絡設備、MMC/SD驅動、 USB驅動、總線驅動及Flash驅動的開發機制和實例。

本書各章均首先概要介紹各模塊的實現原理，隨後列舉各模塊中的關鍵數據結構，再結合源代碼及實例分析介紹，讓讀者*全面地了解Linux驅動開發。

本書內容豐富，概念和原理講解細致、深入淺出。其中，有關代碼的部分都標有注釋以詳細介紹功能，書中的設計和分析也配以編程實例幫助理解。

本書適合作為高年級本科生、研究生和從事嵌入式繫統開發設計的工程技術人員。

作者簡介

吳國偉
大連理工大學軟件學院教授，博士生導師。長期講授“操作繫統”、“嵌入式操作繫統”方面的課程，著有暢銷圖書《嵌入式操作繫統應用開發》、《Linux內核分析與高級編程》和《嵌入式繫統原理與設計》。

第1章 Linux內核組成和機制
1.1 Linux內核版本與發展
1.1.1 Linux操作繫統的誕生
1.1.2 Linux內核版本的變遷
1.2 Linux內核編譯
1.2.1 獲取內核源碼
1.2.2 內核源碼樹
1.2.3 編譯內核
1.3 Linux內核組成
1.4 Linux內核機制
1.4.1 內核啟動過程
1.4.2 模塊機制
第2章 Linux內核設備管理方式
2.1 devfs設備文件繫統第1章 Linux內核組成和機制

1.1 Linux內核版本與發展

    1.1.1 Linux操作繫統的誕生

    1.1.2 Linux內核版本的變遷

1.2 Linux內核編譯

    1.2.1 獲取內核源碼

    1.2.2 內核源碼樹

    1.2.3 編譯內核

1.3 Linux內核組成

1.4 Linux內核機制

    1.4.1 內核啟動過程

    1.4.2 模塊機制

第2章 Linux內核設備管理方式

2.1 devfs設備文件繫統

2.2 sysfs文件繫統

2.3 udev設備文件繫統

2.4 主要數據結構

    2.4.1 kobject

    2.4.2 ktype

    2.4.3 kset

    2.4.4 三者關繫

2.5 熱插撥設備管理機制

    2.5.1 熱插撥事件流程

    2.5.2 涉及的模塊

    2.5.3 關鍵驅動函數

第3章 Linux驅動開發基礎

3.1 同步機制

    3.1.1 內核同步機制分類

    3.1.2 自旋鎖與信號量的比較

3.2 make及makefile

    3.2.1 makefile文件

    3.2.2 編寫makefile文件

    3.2.3 make命令

3.3 調試方法

    3.3.1 printk

    3.3.2 /proc文件繫統

    3.3.3 調試器及相關工具

第4章 Linux字符設備驅動開發

4.1 關鍵數據結構

4.2 接口函數部分內核代碼分析

4.3 字符設備驅動設計

    4.3.1 字符設備驅動設計場景描述

    4.3.2 字符設備驅動設計過程

第5章 Linux內核中斷機制

5.1 中斷

5.2 中斷處理

    5.2.1 注冊中斷處理程序

    5.2.2 編寫中斷處理程序

5.3 中斷上半部與下半部的對比

5.4 中斷下半部

5.5 BH機制與任務隊列機制

5.6 軟中斷

    5.6.1 軟中斷的實現

    5.6.2 軟中斷的使用

5.7 tasklet

    5.7.1 tasklet的實現

    5.7.2 tasklet的使用

5.8 工作隊列

    5.8.1 工作隊列的實現

    5.8.2 工作隊列的使用

第6章 Linux塊設備驅動開發

6.1 塊設備管理機制

    6.1.1 塊設備基本概念

    6.1.2 塊設備在Linux中的結構

6.2 塊設備關鍵數據結構

    6.2.1 gendisk數據結構

    6.2.2 block_device_operations數據結構

    6.2.3 request數據結構

    6.2.4 request_queue數據結構

    6.2.5 bio數據結構

6.3 塊設備驅動設計函數

    6.3.1 塊設備驅動注冊與注銷函數

    6.3.2 塊設備驅動打開與關閉函數

    6.3.3 塊設備驅動ioctl、read和write函數

    6.3.4 塊設備驅動的請求函數

6.4 Ramdisk塊設備驅動實例

    6.4.1 Ramdisk塊設備驅動實例分析

    6.4.2 Ramdisk塊設備驅動實例測試

第7章 Linux網絡設備驅動開發

7.1 網絡設備

    7.1.1 網絡繫統分層結構

    7.1.2 網絡設備管理

7.2 NAPI機制

7.3 關鍵數據結構

7.4 內核提供的網絡設備驅動設計函數

    7.4.1 alloc_netdev

    7.4.2 register_netdev

    7.4.3 ether_setup

    7.4.4 unregister_netdev

7.5 網絡設備驅動開發實例

    7.5.1 snull_init_module函數

    7.5.2 snull_init函數

    7.5.3 相關操作函數

第8章 Linux MMC/SD驅動開發

8.1 MMC子繫統基本架構

8.2 關鍵數據結構

    8.2.1 基本數據結構

    8.2.2 基本數據結構主要成員及關繫

8.3 MMC/CD卡驅動實例

    8.3.1 MMC/SD卡設備驅動設計場景

    8.3.2 MMC/SD卡設備驅動實例實現

第9章 Linux USB驅動開發

9.1 USB設備管理機制

    9.1.1 USB與串口

    9.1.2 USB設備屬性拓撲結構管理機制

    9.1.3 USB設備邏輯組織管理機制

9.2 USB驅動關鍵數據結構分析

9.3 USB設備驅動函數及其使用說明

    9.3.1 客戶端驅動管理

    9.3.2 USB設備配置和管理

    9.3.3 主機控制器的管理

    9.3.4 協議控制命令集和數據傳輸管理

9.4 USB設備驅動開發實例

    9.4.1 實例開發場景設計

    9.4.2 USB設備驅動開發實例的實現

    9.4.3 驅動測試分析

第10章 Linux I2C總線設備驅動

10.1 Linu*線驅動及I2C總線

    10.1.1 Linu*線驅動設計過程

    10.1.2 I2C總線的工作原理與應用

    10.1.3 總線基本操作

10.2 Linux I2C體繫結構

    10.2.1 Linux的I2C體繫結構組成

    10.2.2 Linux I2C關鍵數據結構

10.3 Linux I2C核心

10.4 Linux I2C總線驅動

    10.4.1 I2C適配器驅動加載與卸載

    10.4.2 I2C總線通信方法

10.5 Linux I2C設備驅動

    10.5.1 Linux I2C設備驅動模塊加載與卸載

    10.5.2 Linux I2C設備驅動的數據傳輸

    10.5.3 Linux i2cdev.c文件分析

10.6 Linux I2C驅動實例——EEPROM

    10.6.1 初始化

    10.6.2 探測設備

    10.6.3 檢查適配器的功能

    10.6.4 訪問設備

    10.6.5 其他函數

第11章 Linux PCI總線設備驅動

11.1 PCI總線設備

    11.1.1 PCI總線

    11.1.2 PCI設備

11.2 PCI設備驅動結構

11.3 PCI設備驅動實例

    11.3.1 PCI設備驅動程序基本框架

    11.3.2 初始化設備模塊

    11.3.3 打開設備模塊

    11.3.4 數據讀寫和控制信息模塊

    11.3.5 中斷處理模塊

    11.3.6 釋放設備模塊

    11.3.7 卸載設備模塊

第12章 Linux輸入設備驅動

12.1 Linux輸入子繫統結構

12.2 輸入設備驅動核心數據結構分析

12.3 Linux輸入設備驅動實例

    12.3.1 輸入設備驅動流程

    12.3.2 USB鼠標驅動編寫實例

第13章 Linux Flash驅動開發

13.1 Flash存儲器

13.2 Linux MTD繫統層次結構

13.3 關鍵數據結構

    13.3.1 mtd_info結構體

    13.3.2 mtd_table結構體

    13.3.3 mtd_part結構體

    13.3.4 mtd_partition結構體

    13.3.5 map_info結構體

13.4 驅動相關函數

    13.4.1 add_mtd_device函數

    13.4.2 del_mtd_device函數

    13.4.3 add_mtd_partitions函數

    13.4.4 del_mtd_partitions函數

    13.4.5 do_map_probe函數

13.5 Nor型Flash驅動實例

    13.5.1 Nor型Flash驅動設計流程

    13.5.2 Nor型Flash驅動詳細設計

13.6 Nand型Flash驅動實例

    13.6.1 Nand型Flash設備驅動設計步驟

    13.6.2 Nand型Flash驅動實現

參考文獻

前言

Linux從1991年發布個版本到現在的3．19．3版，經過無數開發者的共同努力，內核日趨完善。Linux作為一種開源、跨平臺的操作繫統，受到了越來越多開發者的青睞。
隨著物聯網和人工智能的發展，Linux將更多地應用在嵌入式設備中，這對Linux內核中的驅動設計和實現也提出了更高的要求。現有的介紹Linux設備驅動開發的圖書中，有的偏重於內核各模塊的結構和原理的闡述，難以理解和掌握；有的側重Linux內核的部分特征及應用，缺少對Linux架構整體的介紹及繫統原理的分析。基於這樣的現狀，編寫此書供廣大Linux愛好者參考。
本書結合Linux內核中各模塊的原理及設備驅動實例，詳細地介紹了Linux設備驅動開發的方法與實踐。全書共分為13章，首先介紹了Linux操作繫統的發展，然後針對Linux內核3．8．13全面介紹了Linux設備驅動開發，分析了各模塊的Linux實現並給出了驅動開發實例。在介紹了Linux內核機制的基礎上，著重論述塊設備、網絡設備、MMC/SD驅動、USB驅動、總線驅動及Flash驅動的開發。
全書各章均首先概要介紹各模塊的實現原理，隨後列舉各模塊中的關鍵數據結構，再結合源代碼及實例分析介紹，讓讀者更全面地了解Linux驅動開發。

Linux從1991年發布個版本到現在的3．19．3版，經過無數開發者的共同努力，內核日趨完善。Linux作為一種開源、跨平臺的操作繫統，受到了越來越多開發者的青睞。

隨著物聯網和人工智能的發展，Linux將更多地應用在嵌入式設備中，這對Linux內核中的驅動設計和實現也提出了更高的要求。現有的介紹Linux設備驅動開發的圖書中，有的偏重於內核各模塊的結構和原理的闡述，難以理解和掌握；
有的側重Linux內核的部分特征及應用，缺少對Linux架構整體的介紹及繫統原理的分析。基於這樣的現狀，編寫此書供廣大Linux愛好者參考。

本書結合Linux內核中各模塊的原理及設備驅動實例，詳細地介紹了Linux設備驅動開發的方法與實踐。全書共分為13章，首先介紹了Linux操作繫統的發展，然後針對Linux內核3．8．13全面介紹了Linux設備驅動開發，分析了各模塊的Linux實現並給出了驅動開發實例。在介紹了Linux內核機制的基礎上，著重論述塊設備、網絡設備、MMC/SD驅動、USB驅動、總線驅動及Flash驅動的開發。

全書各章均首先概要介紹各模塊的實現原理，隨後列舉各模塊中的關鍵數據結構，再結合源代碼及實例分析介紹，讓讀者更全面地了解Linux驅動開發。

本書編寫過程中參考了眾多Linux開發者的研究成果和相關書籍，參考文獻中無法一一列出，在此向他們致以謝意。書中實際案例，是諸多課程的研究生們在Linux 3．8．13版本下調試通過，在此一並表示感謝。本書的出版也離不開清華大學出版社的支持，對此表示衷心的感謝！

由於時間倉促和作者水平有限，書中難免出現遺漏與不當之處，敬請廣大讀者批評指正。如有任何問題，請發郵件至wgwdut@dlut．edu．cn。

編者

2015年4月

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