Linux设备驱动程序.pdf

Linux设备驱动程序是操作系统与硬件设备之间的通信中介，负责管理硬件设备与Linux内核间的交互。Linux设备驱动第三版是一本详细讲解Linux设备驱动开发的书籍，涵盖了从基础知识到高级技术的广泛主题。 在第1章中，介绍了驱动程序的角色以及内核的基本划分。驱动程序的角色是指驱动程序在操作系统中作为硬件设备的代表，负责处理与硬件相关的操作。内核划分包括了内核空间和用户空间的区分，以及内核与硬件设备之间的接口。同时，这一章还讲解了设备和模块的分类，包括字符设备、块设备和网络设备等。此外，还讨论了Linux驱动的安全问题，如防止驱动程序漏洞被利用造成系统安全风险。版本编号和版权条款也是驱动开发中不可忽视的部分，它们涉及到代码的管理和合规性。作者鼓励读者加入内核开发社团，以获得更多的支持和资源。 第2章主要讲述建立和运行模块。首先需要设置测试系统，书中以HelloWorld模块为例，引导读者理解内核模块与普通应用程序的区别。接着，详细介绍了编译和加载模块的步骤，以及如何操作内核符号表。此外，本章还探讨了模块的初始化和关闭过程，以及如何通过模块参数传递配置信息。 第3章专注于字符驱动开发。字符驱动是指那些按字符流进行输入输出的设备驱动，例如键盘和串口。这一章讲解了scull（Simple Character Utility for Loading Localities）设备的设计，这是Linux内核提供的一种虚拟字符设备，用于演示字符驱动的基本概念。主次设备编号是每个设备文件所必需的，用于区分同一类型的多个设备。此外，字符设备注册过程也是本章讨论的重点。 第4章介绍了调试技术。内核开发中难免会遇到各种问题，因此掌握有效的调试技术至关重要。本章提供了一些内核调试支持的细节，包括打印调试、查询调试、使用观察（watchpoint）来调试，以及系统故障的调试方法。调试器和相关工具也是本章的内容。 第5章讨论了并发和竞争情况。在多任务操作系统中，多个进程或线程可能会同时访问同一资源，这会导致竞争条件。本章详细介绍了如何管理并发，包括使用旗标和互斥体、Completions机制、自旋锁等同步机制。同时，也讨论了锁的陷阱以及锁的各种选择。 第6章涉及高级字符驱动操作。本章详细讲解了ioctl接口，它用于执行设备特定的操作；阻塞I/O；poll和select机制，它们用于非阻塞I/O；异步通知机制；以及如何在设备文件上设置存取控制。 第7章讲述了时间、延时和延后工作的处理。这对于编写需要定时任务的驱动程序非常重要。本章涉及测量时间流逝、获知当前时间、延后执行任务、内核定时器、Tasklets机制以及工作队列的使用。 第8章讨论了内存分配问题。在内核编程中，有效的内存管理是必不可少的，本章介绍了kmalloc、get_free_page等分配函数的使用，以及每-CPU变量和大量缓冲区的分配。 第9章讲述了与硬件通讯的方法。硬件设备通常通过I/O端口或I/O内存进行数据交换，本章详细介绍了I/O端口和I/O内存的使用，以及如何通过示例来说明这些概念。 第10章专注于中断处理。中断是硬件设备通知CPU需要处理某个事件的一种方式。本章详细讲解了中断处理的基本概念，如中断上下文、中断线程化、中断共享、中断驱动I/O等。 第11章介绍了内核中的数据类型。由于内核编程与用户空间编程有很大不同，本章介绍了标准C数据类型在内核中的使用，以及一些接口特定的数据类型和链表的使用。 第12章讨论了PCI驱动的开发。PCI是连接计算机和外围设备的一种标准总线接口，本章介绍了PCI接口的特性以及与之相关的各种总线技术。 第13章聚焦于USB驱动开发。USB是一种广泛使用的通用串行总线标准，本章讲解了USB设备基础知识、USB与sysfs文件系统的交互、以及USB的Urbs等概念。 以上就是《Linux设备驱动第三版》的主要内容，通过这些章节的介绍，读者可以全面地学习Linux设备驱动程序的开发流程和技巧。