Linux设备驱动开发详解：基于的Linux4.0内核 pdf 电子书 免费 下载地址

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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。

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 设备驱动的作用

1.2 无操作系统时的设备驱动

1.3 有操作系统时的设备驱动

1.4 Linux设备驱动

1.4.1 设备的分类及特点

1.4.2 Linux设备驱动与整个软硬件系统的关系

1.4.3 Linux设备驱动的重点、难点

1.5 Linux设备驱动的开发环境构建

1.5.1 PC上的Linux环境

1.5.2 QEMU实验平台

1.5.3 源代码阅读和编辑

1.6 设备驱动Hello World：LED驱动

1.6.1 无操作系统时的LED驱动

1.6.2 Linux下的LED驱动

第2章 驱动设计的硬件基础

2.1 处理器

2.1.1 通用处理器

2.1.2 数字信号处理器

2.2 存储器

2.3 接口与总线

2.3.1 串口

2.3.2 I2C

2.3.3 SPI

2.3.4 USB

2.3.5 以太网接口

2.3.6 PCI和PCIE

2.3.7 SD和SDIO

2.4 CPLD和FPGA

2.5 原理图分析

2.6 硬件时序分析

2.6.1 时序分析的概念

2.6.2 典型的硬件时序

2.7 芯片数据手册阅读方法

2.8 仪器仪表使用

2.8.1 万用表

2.8.2 示波器

2.8.3 逻辑分析仪

2.9 总结

第3章 Linux内核及内核编程

3.1 Linux内核的发展与演变

3.2 Linux 2.6后的内核特点

3.3 Linux内核的组成

3.3.1 Linux内核源代码的目录结构

3.3.2 Linux内核的组成部分

3.3.3 Linux内核空间与用户空间

3.4 Linux内核的编译及加载

3.4.1 Linux内核的编译

3.4.2 Kconfig和Makefile

3.4.3 Linux内核的引导

3.5 Linux下的C编程特点

3.5.1 Linux编码风格

3.5.2 GNU C与ANSI C

3.5.3 do { } while（0） 语句

3.5.4 goto语句

3.6 工具链

3.7 实验室建设

3.8 串口工具

3.9 总结

第4章 Linux内核模块

4.1 Linux内核模块简介

4.2 Linux内核模块程序结构

4.3 模块加载函数

4.4 模块卸载函数

4.5 模块参数

4.6 导出符号

4.7 模块声明与描述

4.8 模块的使用计数

4.9 模块的编译

4.10 使用模块“绕开”GPL

4.11 总结

第5章 Linux文件系统与设备文件

5.1 Linux文件操作

5.1.1 文件操作系统调用

5.1.2 C库文件操作

5.2 Linux文件系统

5.2.1 Linux文件系统目录结构

5.2.2 Linux文件系统与设备驱动

5.3 devfs

5.4 udev用户空间设备管理

5.4.1 udev与devfs的区别

5.4.2 sysfs文件系统与Linux设备模型

5.4.3 udev的组成

5.4.4 udev规则文件

5.5 总结

第6章 字符设备驱动

6.1 Linux字符设备驱动结构

6.1.1 cdev结构体

6.1.2 分配和释放设备号

6.1.3 f?ile_operations结构体

6.1.4 Linux字符设备驱动的组成

6.2 globalmem虚拟设备实例描述

6.3 globalmem设备驱动

6.3.1 头文件、宏及设备结构体

6.3.2 加载与卸载设备驱动

6.3.3 读写函数

6.3.4 seek函数

6.3.5 ioctl函数

6.3.6 使用文件私有数据

6.4 globalmem驱动在用户空间中的验证

6.5 总结

第7章 Linux设备驱动中的并发控制

7.1 并发与竞态

7.2 编译乱序和执行乱序

7.3 中断屏蔽

7.4 原子操作

7.4.1 整型原子操作

7.4.2 位原子操作

7.5 自旋锁

7.5.1 自旋锁的使用

7.5.2 读写自旋锁

7.5.3 顺序锁

7.5.4 读复制更新

7.6 信号量

7.7 互斥体

7.8 完成量

7.9 增加并发控制后的globalmem的设备驱动

7.10 总结

第8章 Linux设备驱动中的阻塞与非阻塞I/O

8.1 阻塞与非阻塞I/O

8.1.1 等待队列

8.1.2 支持阻塞操作的globalf?ifo设备驱动

8.1.3 在用户空间验证globalf?ifo的读写

8.2 轮询操作

8.2.1 轮询的概念与作用

8.2.2 应用程序中的轮询编程

8.2.3 设备驱动中的轮询编程

8.3 支持轮询操作的globalf?ifo驱动

8.3.1 在globalf?ifo驱动中增加轮询操作

8.3.2 在用户空间中验证globalf?ifo设备的轮询

8.4 总结

第9章 Linux设备驱动中的异步通知与异步I/O

9.1 异步通知的概念与作用

9.2 Linux异步通知编程

9.2.1 Linux信号

9.2.2 信号的接收

9.2.3 信号的释放

9.3 支持异步通知的globalf?ifo驱动

9.3.1 在globalf?ifo驱动中增加异步通知

9.3.2 在用户空间中验证globalf?ifo的异步通知

9.4 Linux异步I/O

9.4.1 AIO概念与GNU C库AIO

9.4.2 Linux内核AIO与libaio

9.4.3 AIO与设备驱动

9.5 总结

第10章 中断与时钟

10.1 中断与定时器

10.2 Linux中断处理程序架构

10.3 Linux中断编程

10.3.1 申请和释放中断

10.3.2 使能和屏蔽中断

10.3.3 底半部机制

10.3.4 实例：GPIO按键的中断

10.4 中断共享

10.5 内核定时器

10.5.1 内核定时器编程

10.5.2 内核中延迟的工作delayed_work

10.5.3 实例：秒字符设备

10.6 内核延时

10.6.1 短延迟

10.6.2 长延迟

10.6.3 睡着延迟

10.7 总结

第11章 内存与I/O访问

11.1 CPU与内存、I/O

11.1.1 内存空间与I/O空间

11.1.2 内存管理单元

11.2 Linux内存管理

11.3 内存存取

11.3.1 用户空间内存动态申请

11.3.2 内核空间内存动态申请

11.4 设备I/O端口和I/O内存的访问

11.4.1 Linux I/O端口和I/O内存访问接口

11.4.2 申请与释放设备的I/O端口和I/O内存

11.4.3 设备I/O端口和I/O内存访问流程

11.4.4 将设备地址映射到用户空间

11.5 I/O内存静态映射

11.6 DMA

11.6.1 DMA与Cache一致性

11.6.2 Linux下的DMA编程

11.7 总结

第12章 Linux设备驱动的软件架构思想

12.1 Linux驱动的软件架构

12.2 platform设备驱动

12.2.1 platform总线、设备与驱动

12.2.2 将globalf?ifo作为platform设备

12.2.3 platform设备资源和数据

12.3 设备驱动的分层思想

12.3.1 设备驱动核心层和例化

12.3.2 输入设备驱动

12.3.3 RTC设备驱动

12.3.4 Framebuffer设备驱动

12.3.5 终端设备驱动

12.3.6 misc设备驱动

12.3.7 驱动核心层

12.4 主机驱动与外设驱动分离的设计思想

12.4.1 主机驱动与外设驱动分离

12.4.2 Linux SPI主机和设备驱动

12.5 总结

第13章 Linux块设备驱动

13.1 块设备的I/O操作特点

13.2 Linux块设备驱动结构

13.2.1 block_device_operations结构体

13.2.2 gendisk结构体

13.2.3 bio、request和request_queue

13.2.4 I/O调度器

13.3 Linux块设备驱动的初始化

13.4 块设备的打开与释放

13.5 块设备驱动的ioctl函数

13.6 块设备驱动的I/O请求处理

13.6.1 使用请求队列

13.6.2 不使用请求队列

13.7 实例：vmem_disk驱动

13.7.1 vmem_disk的硬件原理

13.7.2 vmem_disk驱动模块的加载与卸载

13.7.3 vmem_disk设备驱动的block_device_operations

13.7.4 vmem_disk的I/O请求处理

13.8 Linux MMC子系统

13.9 总结

第14章 Linux网络设备驱动

14.1 Linux网络设备驱动的结构

14.1.1 网络协议接口层

14.1.2 网络设备接口层

14.1.3 设备驱动功能层

14.2 网络设备驱动的注册与注销

14.3 网络设备的初始化

14.4 网络设备的打开与释放

14.5 数据发送流程

14.6 数据接收流程

14.7 网络连接状态

14.8 参数设置和统计数据

14.9 DM9000网卡设备驱动实例

14.9.1 DM9000网卡硬件描述

14.9.2 DM9000网卡驱动设计分析

14.10 总结

第15章 Linux I2C核心、总线与设备驱动

15.1 Linux I2C体系结构

15.2 Linux I2C核心

15.3 Linux I2C适配器驱动

15.3.1 I2C适配器驱动的注册与注销

15.3.2 I2C总线的通信方法

15.4 Linux I2C设备驱动

15.4.1 Linux I2C设备驱动的模块加载与卸载

15.4.2 Linux I2C设备驱动的数据传输

15.4.3 Linux的i2cdev.c文件分析

15.5 Tegra I2C总线驱动实例

15.6 AT24xx EEPROM的I2C设备驱动实例

15.7 总结

第16章 USB主机、设备与Gadget驱动

16.1 Linux USB驱动层次

16.1.1 主机侧与设备侧USB驱动

16.1.2 设备、配置、接口、端点

16.2 USB主机控制器驱动

16.2.1 USB主机控制器驱动的整体结构

16.2.2 实例：Chipidea USB主机驱动

16.3 USB设备驱动

16.3.1 USB设备驱动的整体结构

16.3.2 USB请求块

16.3.3 探测和断开函数

16.3.4 USB骨架程序

16.3.5 实例：USB键盘驱动

16.4 USB UDC与Gadget驱动

16.4.1 UDC和Gadget驱动的关键数据结构与API

16.4.2 实例：Chipidea USB UDC驱动

16.4.3 实例：Loopback Function驱动

16.5 USB OTG驱动

16.6 总结

第17章 I2C、SPI、USB驱动架构类比

17.1 I2C、SPI、USB驱动架构

17.2 I2C主机和外设眼里的Linux世界

第18章 ARM Linux设备树

18.1 ARM设备树起源

18.2 设备树的组成和结构

18.2.1 DTS、DTC和DTB等

18.2.2 根节点兼容性

18.2.3 设备节点兼容性

18.2.4 设备节点及label的命名

18.2.5 地址编码

18.2.6 中断连接

18.2.7 GPIO、时钟、pinmux连接

18.3 由设备树引发的BSP和驱动变更

18.4 常用的OF API

18.5 总结

第19章 Linux电源管理的系统架构和驱动

19.1 Linux电源管理的全局架构

19.2 CPUFreq驱动

19.2.1 SoC的CPUFreq驱动实现

19.2.2 CPUFreq的策略

19.2.3 CPUFreq的性能测试和调优

19.2.4 CPUFreq通知

19.3 CPUIdle驱动

19.4 PowerTop

19.5 Regulator驱动

19.6 OPP

19.7 PM QoS

19.8 CPU热插拔

19.9 挂起到RAM

19.10 运行时的PM

19.11 总结

第20章 Linux芯片级移植及底层驱动

20.1 ARM Linux底层驱动的组成和现状

20.2 内核节拍驱动

20.3 中断控制器驱动

20.4 SMP多核启动以及CPU热插拔驱动

20.5 DEBUG_LL和EARLY_PRINTK的设置

20.6 GPIO驱动

20.7 pinctrl驱动

20.8 时钟驱动

20.9 dmaengine驱动

20.10 总结

第21章 Linux设备驱动的调试

21.1 GDB调试器的用法

21.1.1 GDB的基本用法

21.1.2 DDD图形界面调试工具

21.2 Linux内核调试

21.3 内核打印信息--printk（）

21.4 DEBUG_LL和EARLY_PRINTK

21.5 使用“/proc”

21.6 Oops

21.7 BUG_ON（）和WARN_ON（）

21.8 strace

21.9 KGDB

21.10 使用仿真器调试内核

21.11 应用程序调试

21.12 Linux性能监控与调优工具

21.13 总结

宋宝华，

Linux布道者，知名嵌入式系统专家，《Essential Linux Device Drivers》译者。作为最早从事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。

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前言

Linux从未停歇前进的脚步。Linus Torvalds，世界上*伟大的程序员之一，Linux内核的创始人，Git的缔造者，现在仍然在没日没夜地合并补丁、升级内核。做技术的人，从来没有终南捷径，拼得就是坐冷板凳的傻劲。

　　这是一个连阅读都被碎片化的时代，在这样一个时代，人们趋向于激进、浮躁，内心的不安宁使我们极难静下心来研究什么。我见过许多Linux工程师，他们的简历上写着“精通”Linux内核，有多年的工作经验，而他们的“精通”却只是把某个寄存器从0改成1，从1改成0的不断重复；我也见过许多Linux工程师，他们终日埋头苦干，敲打着自己的机器和电路板，却从未冷静下来思考，并不断重构和升华自己的知识体系。

　　这是要把“牢底”坐穿的程序员，这样“忙忙碌碌”的程序员，从来都不算是好程序员。

　　对于优秀的程序员，其**秀的品质是能够心平气和地学习与思考问题，透析代码背后的架构、原理和设计思想。没有思想的代码是垃圾代码，没有思想的程序员，只是在完成低水平重复建设的体力活。很多程序员从不过问自己写的代码*后在机器里面是怎么跑的，很多事情莫名其妙地发生了，很多bug莫名其妙地消失了……他们永远都在得过且过。

　　由此，衍生出了本书的**个出发点，那就是带给读者更多关于Linux开发思想的讲解，帮助读者奠定根基。本书呈现给读者的更多的是一种思考方法，而不是知识点的简单罗列。

　　本书除对基础理论部分进行了详细的讲解外，还加强了对驱动编程所涉及的Linux内核*底层机理的讲解，内容包括中断、定时器、进程生命周期、uevent、并发、编译乱序、执行乱序、等待队列、I/O模型、内存管理等。这些知识点非常重要，是真正证明程序员理解了Linux的部分内容，程序员只有打好根基，才能游刃有余。

　　本书没有大量描述各种具体驱动类型的章节，如Sound、PCI、MTD、tty等，而将更多的焦点转移到了驱动编程背后的内核原理，并试图从Linux内核的上百个驱动子系统中寻找出内部规律，以培养读者举一反三的能力。

　　Linux内核有上百个驱动子系统，这一点从内核的drivers子目录中就可以看出来：

　　好吧，傻子才会一个目录一个目录地去看，一个目录一个目录地从头学起。我们势必要寻找各种驱动子系统的共性，摸索规律。在本书中，我们将更多地看到各驱动子系统的类比，以及驱动子系统的层次化设计。

　　技术工作从来都不能一劳永逸。世界变化得太快，当前技术革新的速度数倍于我们父辈、祖辈、祖祖辈经历过的任何时代。证明你是“真球迷”还是“伪球迷”的时候到了，这个时代是伪程序员的地狱，也是真程序员的天堂。

　　从浩如烟海的知识体系、不断更新的软件版本中终生学习，不断攻克一个个挑战，获取新养分，寻找新灵感，这实在是黑暗的码农生涯中不断闪现的璀璨光芒。

　　Linux的内核版本不断更新，出现了Linux 3.0、Linux 3.1、Linux 3.2、…、Linux 3.19、Linux 4.0、Linux 4.1，变化的是软件的架构，不变的是Linus的热情。

　　这无疑也是本书的第二个出发点，更新Linux驱动编程的知识体系以迎合**的时代需求。因此，本书有大量关于设备树、ARM Linux移植、Linux电源管理、GPIO、时钟、定时器、pinmux、DMA等内容。我们的操作平台也转移到了QEMU模拟的4核CortexA9电路板上，书中的实例基本都转移到了市面流行的新芯片上。

　　*近两三年，老是听许多程序员抱怨，市面上缺乏讲解新内核的资料、缺乏从头到尾讲解设备树的资料，但是我想说，这实在不是什么难点。难点仍然是本书基于**个出发点要解决的问题，如果有好的基础，以优秀程序员极强的学习能力，应该很快就可以掌握这些新知识。机制没有变，变化的只是策略。

　　因此学习能力也是优秀程序员的又一个重要品质。没有人生下来就是天才，良好的学习能力也是通过后天的不断学习培养的。可以说，学得越多的人，学新东西的速度一定越快，学习能力也变得越强。因为，知识的共通性实在太多。

　　读者在阅读本书时，不应该企图把它当成一本工具书和查API的书，而是应该把它当作一本梳理理论体系、开发思想、软件架构的书。唯如此，我们才能适应未来新的变化。

　　时代的滚滚车轮推动着Linux内核的版本不断向前，也推动着每个人的人生。红尘滚滚，我不去想是否能够成功，既然选择了远方，便只顾风雨兼程。

　　*后，本书能得以出版，要感谢带领我向前的人生导师和我的众多小伙伴，他们或者在我人生的关键时刻改变了我，或者给我黑暗的程序生涯带来了无尽的快乐和动力。我的小伙伴，他们力挺我、鼓励我，也辱骂我、奚落我，这些都是真挚的友情。

　　谨以此书，致以对杨平先生、何昭然、方毅伟、李华毅、宋志武、杜向龙、叶祥振、刘昊、王榕、何晔、王立赛、曾过、刘永生、段丙华、章君义、王文琪、卢鹏、刘涛、徐西宁、吴赫、任桥伟、秦龙廷、胡良兵、张家旺、王雷、Bryan Wu、Eric Miao、Cliff Cai、Qipan Li、Guoying Zhang、陈健松、Haoyu Zhong、刘洪涛、季久峰、邴杰、孙志忠、吴国举、Bob Liu、赵小吾、EJ Zhao、贺亚锋、刘仕杰、Hao Yin等老师和小伙伴的深深感激；谨以此书，致以对我的父母大人、老婆大人、兄长和姐姐、伟大丈母娘的深深感激，本书的写作时间超过一年，其过程是一种巨大的肉体和精神折磨，没有他们的默默支持和不断鞭策，本书是不可能完成的；谨以此书，对为本书做出巨大贡献的编辑、策划老师，尤其是张国强老师致以深深的感激！

　　由于篇幅的关系，我没有办法一一列举我要感激的所有人，但是，这些年从你们那里获得的，远远大于我付出的，所以，在内心深处，唯有怀着对你们的深深感恩，不断前行。岁月如歌，吾歌狂行。

　　全书结构本书首先介绍Linux设备驱动的基础。第1章简要地介绍了设备驱动，并从无操作系统的设备驱动引出了Linux操作系统下的设备驱动，介绍了本书所基于的开发环境。第2章系统地讲解了Linux驱动工程师应该掌握的硬件知识，为工程师打下Linux驱动编程的硬件基础，详细介绍了各种类型的CPU、存储器和常见的外设，并阐述了硬件时序分析方法和数据手册阅读方法。第3章将Linux设备驱动放在Linux 2.6内核背景中进行讲解，说明Linux内核的编程方法。由于驱动编程也在内核编程的范畴，因此，这一章实质是为编写Linux设备驱动打下软件基础。

　　其次，讲解Linux设备驱动编程的基础理论、字符设备驱动及设备驱动设计中涉及的并发控制、同步等问题。第4、5章分别讲解Linux内核模块和Linux设备文件系统；第6～9章以虚拟设备globalmem和globalfifo为主线，逐步给其添加高级控制功能；第10、11章分别阐述Linux驱动编程中所涉及的中断和定时器、内核和I/O操作处理方法。

　　接着，剖析复杂设备驱动的体系结构以及块设备、网络设备驱动。该篇讲解了设备与驱动的分离、主机控制器驱动与外设驱动的分离，并以大量实例（如input、tty、LCD、platform、I2C、SPI、USB等）来佐证。其中第12章和第17章遥相呼应，力图全面地展示驱动的架构。Linux有100多个驱动子系统，逐个讲解和学习都是不现实的，授人以鱼不如授人以渔，因此我们将更多的焦点放在了架构讲解方面，以便读者可以举一反三。

　　本书*后4章分析了Linux的设备树、Linux移植到新的SoC上的具体工作以及Linux内核和驱动的一些调试方法。这些内容，对于理解如何从头开始搭建一个Linux，以及整个Linux板级支持包上上下下的关系尤为重要。

　　另外，本书的主要代码都引用自Linux源代码，为保留原汁原味，均延用了代码的英文注释，而其他非引用的代码则使用了中文注释或无注释，特此说明。

　　本书配套的相关素材和代码，读者均可从与本书相关的微信公众号中获得，相关公众号是：Linuxer，欢迎扫描二维码。

　　宋宝华2015年4月于上海浦东

书籍介绍

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”。

• 作者： 龙眠山居 发布时间：2020-02-11 20:13:43

  启动qemu时的文件系统 vexpress.img 是怎么做出来的？书中没有提，虚拟机里只有一个现成的文件，应该是busybox做的，busybox做文件系统还有不少讲究 ，没有提，有点遗憾，如果是小白学习，step by step的还是先看笨叔叔的书吧

• 作者： 我是风花啊 发布时间：2018-11-21 22:23:21

  对实际应用有启发

• 作者： alex_nuaa 发布时间：2017-05-01 16:48:47

  Linux设备驱动开发入门书籍，实战指导性强。比较遗憾的是，主要篇幅集中在黄金圈法则的what-how，结构和深度较浅。

• 作者： Claw 发布时间：2022-06-09 17:19:32

  拼凑感重，没讲多细致，稀里糊涂倒也学到些东西。连放几页代码真的好吗

• 作者： Constantine 发布时间：2023-02-01 09:29:15

  这书目前粗略浏览了一遍，还不错，之后还要慢慢啃

• 作者： Firo 发布时间：2015-09-01 15:23:28

  传道, 不解惑. 看了一点, 不喜欢.

• 最少不会出现太多的翻译问题

  作者：maybe 发布时间：2011-04-07 09:56:42

  国人自己的书,没有生硬的翻译,全是自己的理解和整理,算是比较好入门吧,还是买点外文书看比较实在 看完这个直接LDD3原版吧,你会发现以前那些不好懂的东西可以很好的理解了,并且,你会发现自己的知识已经不知不觉的提升了很多!学习LD的同胞们,共勉!

• 相对LDD3要更新一些，毕竟LDD3是十几年前的书了，而且还有配套的光盘，并且还是虚拟机的

  作者：龙眠山居 发布时间：2020-02-11 20:13:43