Linux設備驅動開發(fā)

第1篇  用于嵌入式設備驅動程序開發(fā)的內核核心框架
第1章  嵌入式開發(fā)人員需要掌握的Linux內核概念 3
1.1  技術要求 3
1.2  內核鎖API和共享對象 3
1.2.1  自旋鎖 4
1.2.2  禁用中斷與僅禁用搶占 8
1.2.3  互斥鎖 8
1.2.4  try-lock方法 11
1.3  Linux內核中的等待、感知和阻塞 13
1.3.1  等待活動完成或狀態(tài)改變 13
1.3.2  Linux內核等待隊列 15
1.4  工作延遲機制 19
1.4.1  softIRQ 20
1.4.2  關于ksoftirqd 24
1.4.3  tasklet 25
1.4.4  工作隊列 28
1.4.5  內核共享隊列 31
1.4.6  新的工作隊列 32
1.4.7  并發(fā)管理的工作隊列 33
1.5  Linux內核中斷管理 37
1.5.1  中斷的狀態(tài) 37
1.5.2  中斷處理流程 38
1.5.3  設計中斷處理程序 40
1.5.4  中斷的標志 42
1.5.5  中斷的返回值 44
1.5.6  關于中斷的一些注意事項 45
1.5.7  上半部和下半部的概念 46
1.5.8  線程中斷處理程序 48
1.5.9  請求一個上下文中斷 53
1.5.10  使用工作隊列延遲下半部 55
1.5.11  從中斷處理程序中鎖定 58
1.6  小結 61
第2章  regmap API應用 63
2.1  技術要求 63
2.2  regmap及其數(shù)據(jù)結構 64
2.2.1  struct regmap_config結構體中的字段 65
2.2.2  訪問設備寄存器 69
2.2.3  一次讀/寫多個寄存器 71
2.2.4  更新寄存器中的位 72
2.3  regmap和IRQ管理 73
2.3.1  Linux內核IRQ管理的結構 73
2.3.2  創(chuàng)建映射 74
2.3.3  struct irq_domain_ops 76
2.3.4  irq_domain_ops.map() 77
2.3.5  irq_domain_ops.xlate() 77
2.4  鏈接IRQ 78
2.4.1  鏈式中斷 78
2.4.2  嵌套中斷 83
2.4.3  irqchip和gpiolib API—新一代 85
2.4.4  基于gpiochip的鏈式IRQ芯片 87
2.4.5  基于gpiochip的嵌套IRQ芯片 89
2.5  regmap IRQ API和數(shù)據(jù)結構 91
2.5.1  regmap IRQ數(shù)據(jù)結構 91
2.5.2  regmap IRQ API 95
2.5.3  regmap IRQ API示例 98
2.6  小結 102
第3章  深入研究MFD子系統(tǒng)和syscon API 103
3.1  技術要求 103
3.2  MFD子系統(tǒng)和syscon API 104
3.2.1  da9055設備驅動程序示例 104
3.2.2  max8925設備驅動程序示例 113
3.3  MFD設備的設備樹綁定 116
3.4  了解syscon和simple-mfd 119
3.4.1  syscon API 119
3.4.2  simple-mfd 123
3.5  小結 125
第4章  通用時鐘框架 127
4.1  技術要求 128
4.2  CCF數(shù)據(jù)結構和接口 128
4.2.1  了解struct clk_hw及其依賴項 129
4.2.2  注冊/取消注冊時鐘提供者 131
4.2.3  將時鐘公開給使用者 135
4.2.4  時鐘提供者設備樹節(jié)點及其相關機制 136
4.2.5  了解of_parse_phandle_with_args() API 138
4.2.6  了解__of_clk_get_from_provider() API 140
4.2.7  時鐘解碼回調 141
4.3  編寫時鐘提供者驅動程序 145
4.3.1  有關時鐘提供者驅動程序的基礎知識 145
4.3.2  提供時鐘操作 149
4.3.3  clk_hw.init.flags中的時鐘標志 152
4.3.4  固定頻率時鐘案例研究及其操作 154
4.3.5  通用簡化注意事項 156
4.3.6  固定頻率時鐘設備綁定 158
4.3.7  PWM時鐘 159
4.3.8  固定倍頻時鐘驅動程序及其操作 160
4.3.9  固定倍頻時鐘的設備樹綁定 162
4.3.10  門控時鐘及其操作 162
4.3.11  基于I2C/SPI的門控時鐘 164
4.3.12  GPIO門控時鐘 165
4.3.13  多選一時鐘及其操作 165
4.3.14  基于I2C/SPI的多選一時鐘 170
4.3.15  GPIO多選一時鐘 170
4.3.16  分頻器時鐘及其操作 172
4.3.17  復合時鐘及其操作 176
4.3.18  綜合概述 177
4.4  時鐘使用者API 179
4.4.1  獲取和釋放時鐘 180
4.4.2  準備/取消準備時鐘 180
4.4.3  啟用/禁用 181
4.4.4  頻率函數(shù) 181
4.4.5  父函數(shù) 182
4.4.6  綜合概述 182
4.5  小結 182
第2篇  嵌入式Linux系統(tǒng)中的多媒體和節(jié)能
第5章  ALSA SoC框架—利用編解碼器和平臺類驅動程序 185
5.1  技術要求 186
5.2  ASoC簡介 186
5.2.1  ASoC數(shù)字音頻接口 187
5.2.2  ASoC子元素 187
5.3  編寫編解碼器類驅動程序 189
5.3.1  編解碼器驅動程序的實例結構 190
5.3.2  編解碼器DAI和PCM配置 192
5.3.3  DAI操作 193
5.3.4  采集和回放硬件配置 196
5.3.5  控件的概念 197
5.3.6  控件命名約定 199
5.3.7  控制元數(shù)據(jù) 200
5.3.8  定義kcontrol 200
5.3.9  設置一個簡單開關 202
5.3.10  設置帶有音量級別的開關 203
5.3.11  立體聲控件 203
5.3.12　帶音量級別的立體聲控件 203
5.3.13  混音器控件 204
5.3.14  定義有多個輸入的控件 204
5.4  DAPM概念 205
5.4.1  關于widget 205
5.4.2  定義widget 207
5.4.3  編解碼域定義 207
5.4.4  定義平臺域widget 208
5.4.5  定義音頻路徑域widget 209
5.4.6  定義音頻流域 211
5.4.7  路徑的概念—widget之間的連接器 213
5.4.8  路由的概念—widget互連 214
5.4.9  定義DAPM kcontrol 215
5.4.10  創(chuàng)建widget和路由 217
5.5  編解碼器組件注冊 222
5.6  編寫平臺類驅動程序 224
5.6.1  CPU DAI驅動程序 225
5.6.2  平臺DMA驅動程序 226
5.6.3  音頻DMA接口 227
5.6.4  PCM硬件配置 230
5.7  小結 233
第6章  ALSA SoC框架—深入了解機器類驅動程序 235
6.1  技術要求 235
6.2  機器類驅動程序介紹 236
6.2.1  機器類驅動程序的開發(fā)流程 236
6.2.2  DAI鏈接 237
6.2.3  獲取CPU和編解碼器節(jié)點 239
6.3  機器路由 241
6.3.1  編解碼器引腳 241
6.3.2  板卡接口 242
6.3.3  機器路由 243
6.3.4  設備樹路由 243
6.3.5  靜態(tài)路由 244
6.4  時鐘和格式注意事項 245
6.4.1  時鐘和格式設置輔助函數(shù) 245
6.4.2  格式 246
6.4.3  時鐘源 247
6.4.4  時鐘分頻器 247
6.4.5  時鐘和格式設置的典型實現(xiàn) 247
6.5  聲卡注冊 249
6.6  利用simple-card機器驅動程序 252
6.6.1  simple-audio機器驅動程序 252
6.6.2  無編解碼器聲卡 253
6.7  小結 254
第7章  V4L2和視頻采集設備驅動程序揭秘 255
7.1  技術要求 255
7.2  框架架構和主要數(shù)據(jù)結構 255
7.2.1  V4L2架構簡介 256
7.2.2  初始化和注冊V4L2設備 257
7.3  橋接視頻設備驅動程序 258
7.3.1  struct video_device結構體 259
7.3.2  初始化和注冊視頻設備 262
7.3.3  視頻設備文件操作 264
7.3.4  V4L2 ioctl處理 267
7.3.5  videobuf2接口和API 269
7.3.6  緩沖區(qū)的概念 269
7.3.7  平面的概念 271
7.3.8  隊列的概念 272
7.3.9  與特定驅動程序相關的流傳輸回調函數(shù) 274
7.3.10  初始化和釋放vb2隊列 277
7.4  關于子設備 278
7.4.1  子設備數(shù)據(jù)結構體 279
7.4.2  子設備初始化 282
7.4.3  子設備操作 284
7.4.4  核心操作結構 285
7.4.5  視頻操作結構 286
7.4.6  傳感器操作結構 287
7.4.7  調用子設備操作 288
7.4.8  子設備的注冊和注銷方式 289
7.5  V4L2控件基礎結構 290
7.5.1  標準控件對象 290
7.5.2  控件處理程序 292
7.5.3  攝像頭傳感器驅動程序示例 294
7.5.4  關于控件繼承 297
7.6  小結 297
第8章  集成V4L2異步和媒體控制器框架 299
8.1  技術要求 299
8.2  V4L2異步接口和圖綁定的概念 299
8.2.1  圖綁定 300
8.2.2  端口和端點表示 300
8.2.3  端點鏈接 301
8.2.4  V4L2異步和面向圖的API 302
8.2.5  從設備樹API到通用fwnode圖API 302
8.2.6  V4L2固件節(jié)點API 309
8.2.7  V4L2 fwnode或媒體總線類型 311
8.2.8  BT656和并行總線 312
8.2.9  MIPI CSI-2總線 313
8.2.10  CPP2和MIPI CSI-1總線 314
8.2.11  總線猜測 315
8.2.12  V4L2異步模式 315
8.2.13  異步模式工作原理 318
8.2.14  異步橋接和子設備探測示例 321
8.3  Linux媒體控制器框架 325
8.3.1  媒體控制器抽象模型 325
8.3.2  V4L2設備抽象 327
8.3.3  媒體控制器數(shù)據(jù)結構 328
8.3.4  在驅動程序中集成媒體控制器支持 333
8.3.5  初始化并注冊接口和實體 334
8.3.6  媒體實體操作 335
8.3.7  媒體總線的概念 335
8.3.8  注冊媒體設備 340
8.3.9  來自用戶空間的媒體控制器 341
8.3.10  使用media-ctl 341
8.3.11  帶有OV2680的WaRP7示例 344
8.4  小結 351
第9章  從用戶空間利用V4L2 API 353
9.1  技術要求 353
9.2  從用戶空間看V4L2 353
9.2.1  V4L2用戶空間API 353
9.2.2  常用ioctl命令 354
9.2.3  在用戶空間中使用V4L2 API的示例 356
9.3  視頻設備打開和屬性管理 357
9.3.1  打開和關閉設備 357
9.3.2  查詢設備功能 357
9.4  緩沖區(qū)管理 359
9.4.1  圖像（緩沖區(qū)）格式 360
9.4.2  請求緩沖區(qū) 364
9.4.3  請求用戶指針緩沖區(qū) 364
9.4.4  請求內存可映射緩沖區(qū) 366
9.4.5  請求DMABUF緩沖區(qū) 367
9.4.6  請求讀/寫I/O內存 369
9.4.7  將緩沖區(qū)加入隊列并啟用流傳輸 369
9.4.8  主緩沖區(qū)的概念 370
9.4.9  將用戶指針緩沖區(qū)加入隊列 370
9.4.10  將內存可映射緩沖區(qū)加入隊列 371
9.4.11  將DMABUF緩沖區(qū)加入隊列 371
9.4.12  啟用流傳輸 372
9.4.13  將緩沖區(qū)移出隊列 373
9.4.14  將內存映射緩沖區(qū)移出隊列 373
9.4.15  將用戶指針緩沖區(qū)移出隊列 375
9.4.16  讀/寫I/O 376
9.5  V4L2用戶空間工具 376
9.5.1  關于v4l2-ctl 376
9.5.2  列出視頻設備及其功能 377
9.5.3  更改設備屬性 377
9.5.4  設置像素格式、分辨率和幀速率 379
9.5.5  采集幀和流傳輸 380
9.6  在用戶空間中調試V4L2 382
9.6.1  啟用框架調試 382
9.6.2  V4L2合規(guī)性驅動程序測試 384
9.7  小結 385
第10章  Linux內核電源管理 387
10.1  技術要求 387
10.2  基于Linux系統(tǒng)的電源管理概念 388
10.2.1  運行時電源管理 389
10.2.2  動態(tài)電源管理接口 389
10.3  主要電源管理框架詳解 389
10.3.1  CPU Idle框架 389
10.3.2  CPUFreq框架 392
10.3.3  Thermal框架 394
10.4  系統(tǒng)電源管理休眠狀態(tài) 395
10.4.1  掛起到空閑 395
10.4.2  通電待機 396
10.4.3  掛起到內存 396
10.4.4  掛起到磁盤 397
10.5  為設備驅動程序添加電源管理功能 399
10.5.1  設備和電源管理操作數(shù)據(jù)結構 399
10.5.2  實現(xiàn)運行時電源管理功能 401
10.5.3  驅動程序中的運行時電源管理 402
10.5.4  運行時電源管理的同步和異步操作 404
10.5.5  自動掛起 404
10.6  綜合應用 405
10.6.1  probe函數(shù)中的電源管理機制 405
10.6.2  讀取函數(shù)中的電源管理調用 407
10.6.3  卸載模塊時的電源管理方法 409
10.6.4  運行時電源管理回調函數(shù)執(zhí)行的一般規(guī)則 410
10.6.5  電源域的概念 410
10.7  系統(tǒng)掛起和恢復順序 411
10.7.1  掛起階段 411
10.7.2  恢復階段 412
10.7.3  實現(xiàn)系統(tǒng)休眠功能 412
10.8  系統(tǒng)喚醒源 415
10.8.1  喚醒源的數(shù)據(jù)結構 415
10.8.2  使設備成為喚醒源 417
10.8.3  喚醒功能激活實例 418
10.8.4  IRQ處理程序 419
10.8.5  喚醒源和sysfs 421
10.8.6  關于IRQF_NO_SUSPEND標志 422
10.9  小結 422
第3篇  與其他Linux內核子系統(tǒng)保持同步
第11章  編寫PCI設備驅動程序 425
11.1  技術要求 425
11.2  PCI總線和接口介紹 426
11.2.1  術語 427
11.2.2  PCI總線枚舉、設備配置和尋址 428
11.2.3  設備識別 428
11.2.4  總線枚舉 428
11.3  PCI地址空間 432
11.3.1  PCI配置空間 432
11.3.2  PCI I/O地址空間 433
11.3.3  PCI內存地址空間 433
11.4  BAR的概念 433
11.5  中斷分配 434
11.5.1  PCI傳統(tǒng)INT-X中斷 434
11.5.2  基于消息的中斷類型 435
11.5.3  MSI機制 436
11.5.4  MSI-X機制 437
11.5.5  傳統(tǒng)INTx模擬 437
11.6  Linux Kernel PCI子系統(tǒng) 438
11.7  PCI數(shù)據(jù)結構 439
11.7.1  實例化PCI設備的結構體 439
11.7.2  用于識別PCI設備的結構體 441
11.7.3  實例化PCI設備驅動程序的結構體 443
11.7.4  注冊PCI驅動程序 444
11.8  PCI驅動程序結構體概述 445
11.8.1  啟用設備 445
11.8.2  總線控制能力 446
11.8.3  訪問配置寄存器 447
11.8.4  訪問內存映射I/O資源 448
11.8.5  訪問I/O端口資源 451
11.8.6  處理中斷 453
11.8.7  傳統(tǒng)INTx IRQ分配 455
11.8.8  模擬INTx IRQ調和 457
11.8.9  關于鎖定的注意事項 457
11.8.10  關于傳統(tǒng)API的簡要說明 457
11.9  PCI和直接內存訪問 458
11.9.1  關于DMA緩沖區(qū) 459
11.9.2  PCI一致DMA映射 460
11.9.3  流式DMA映射 462
11.9.4  單緩沖區(qū)映射 462
11.9.5  分散/聚集映射 464
11.10  小結 466
第12章  利用NVMEM框架 467
12.1  技術要求 467
12.2  NVMEM數(shù)據(jù)結構和API 468
12.2.1  NVMEM硬件抽象數(shù)據(jù)結構 468
12.2.2  NVMEM設備的運行時配置數(shù)據(jù)結構 468
12.2.3  NVMEM數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)結構 470
12.3  編寫NVMEM提供者驅動程序 472
12.3.1  NVMEM設備的注冊和注銷 472
12.3.2  實時時鐘設備中的NVMEM存儲器 473
12.3.3  DS1307實時時鐘驅動程序示例 474
12.3.4  實現(xiàn)NVMEM讀/寫回調函數(shù) 475
12.3.5  NVMEM提供者的設備樹綁定 476
12.4  NVMEM使用者驅動程序API 477
12.4.1  NVMEM使用者API 477
12.4.2  用戶空間中的NVMEM 478
12.5  小結 480
第13章  看門狗設備驅動程序 481
13.1  技術要求 481
13.2  看門狗數(shù)據(jù)結構和API 481
13.2.1  表示看門狗設備的結構體 482
13.2.2  表示看門狗信息的結構體 483
13.2.3  表示看門狗操作的結構體 485
13.2.4  注冊/注銷看門狗設備 486
13.2.5  處理預超時和調控器 488
13.2.6  基于GPIO的看門狗 489
13.3  看門狗用戶空間接口 491
13.3.1  啟動和停止看門狗 491
13.3.2  發(fā)送保持活動的ping 492
13.3.3  獲取看門狗的功能和ID 493
13.3.4  設置和獲取超時和預超時 493
13.3.5  獲取剩余的時間 494
13.3.6  獲取（啟動/重啟）狀態(tài) 494
13.3.7  看門狗sysfs接口 496
13.3.8  處理預超時事件 497
13.4  小結 497
第14章  Linux內核調試技巧和最佳實踐 499
14.1  技術要求 499
14.2  了解Linux內核發(fā)布流程 499
14.3  Linux內核開發(fā)技巧 501
14.3.1  消息打印 502
14.3.2  內核日志級別 502
14.3.3  內核日志緩沖區(qū) 504
14.3.4  添加計時信息 505
14.4  Linux內核跟蹤和性能分析 506
14.4.1  使用Ftrace檢測代碼 506
14.4.2  可用的tracer 508
14.4.3  function tracer 509
14.4.4  function_graph tracer 510
14.4.5  函數(shù)過濾器 512
14.4.6  跟蹤事件 513
14.4.7  使用Ftrace接口跟蹤特定進程 515
14.5  Linux內核調試技巧 516
14.5.1  oops和恐慌分析 516
14.5.2  轉儲oops跟蹤消息 519
14.5.3  使用objdump識別內核模塊中的錯誤代碼行 520
14.6  小結 521