Linux 设备驱动 Edition 3

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Linux 设备驱动 Edition 3

By Jonathan Corbet, Alessandro Rubini, and Greg Kroah-Hartman

由 quickwhale 翻译的简体中文版 V0.1.0 2006-6-2

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感谢

感谢本书原版的作者 Jonathan Corbet, Alessandro Rubini 和 Greg Kroah-Hartman

感谢我的家人 爸爸², 妈妈², PIGY_nuonuo

目录

1. 第一章 设备驱动简介

1.1. 驱动程序的角色

1.2. 划分内核

1.2.1. 可加载模块

1.3. 设备和模块的分类

1.4. 安全问题

1.5. 版本编号

1.6. 版权条款

1.7. 加入内核开发社团

1.8. 本书的内容

2. 建立和运行模块

2.1. 设置你的测试系统

2.2. Hello World 模块

2.3. 内核模块相比于应用程序

2.3.1. 用户空间和内核空间

2.3.2. 内核的并发

2.3.3. 当前进程

2.3.4. 几个别的细节

2.4. 编译和加载

2.4.1. 编译模块

2.4.2. 加载和卸载模块

2.4.3. 版本依赖

2.4.4. 平台依赖性

2.5. 内核符号表

2.6. 预备知识

2.7. 初始化和关停

2.7.1. 清理函数

2.7.2. 初始化中的错误处理

2.7.3. 模块加载竞争

2.8. 模块参数

2.9. 在用户空间做

2.10. 快速参考

3. 字符驱动

3.1. scull 的设计

3.2. 主次编号

3.2.1. 设备编号的内部表示

3.2.2. 分配和释放设备编号

3.2.3. 主编号的动态分配

3.3. 一些重要数据结构

3.3.1. 文件操作

3.3.2. 文件结构

3.3.3. inode 结构

3.4. 字符设备注册

3.4.1. scull 中的设备注册

3.4.2. 老方法

3.5. open 和 release

3.5.1. open 方法

3.5.2. release 方法

3.6. scull 的内存使用

3.7. 读和写

3.7.1. read 方法

3.7.2. write 方法

3.7.3. readv 和 writev

3.8. 使用新设备

3.9. 快速参考

4. 调试技术

4.1. 内核中的调试支持

4.2. 用打印调试

4.2.1. printk

4.2.2. 重定向控制台消息

4.2.3. 消息是如何记录的

4.2.4. 打开和关闭消息

4.2.5. 速率限制

4.2.6. 打印设备编号

4.3. 用查询来调试

4.3.1. 使用 /proc 文件系统

4.3.2. ioctl 方法

4.4. 使用观察来调试

4.5. 调试系统故障

4.5.1. oops 消息

4.5.2. 系统挂起

4.6. 调试器和相关工具

4.6.1. 使用 gdb

4.6.2. kdb 内核调试器

4.6.3. kgdb 补丁

4.6.4. 用户模式 Linux 移植

4.6.5. Linux 追踪工具

4.6.6. 动态探针

5. 并发和竞争情况

5.1. scull 中的缺陷

5.2. 并发和它的管理

5.3. 旗标和互斥体

5.3.1. Linux 旗标实现

5.3.2. 在 scull 中使用旗标

5.3.3. 读者/写者旗标

5.4. Completions 机制

5.5. 自旋锁

5.5.1. 自旋锁 API 简介

5.5.2. 自旋锁和原子上下文

5.5.3. 自旋锁函数

5.5.4. 读者/写者自旋锁

5.6. 锁陷阱

5.6.1. 模糊的规则

5.6.2. 加锁顺序规则

5.6.3. 细 -粗- 粒度加锁

5.7. 加锁的各种选择

5.7.1. 不加锁算法

5.7.2. 原子变量

5.7.3. 位操作

5.7.4. seqlock 锁

5.7.5. 读取-拷贝-更新

5.8. 快速参考

6. 高级字符驱动操作

6.1. ioctl 接口

6.1.1. 选择 ioctl 命令

6.1.2. 返回值

6.1.3. 预定义的命令

6.1.4. 使用 ioctl 参数

6.1.5. 兼容性和受限操作

6.1.6. ioctl 命令的实现

6.1.7. 不用 ioctl 的设备控制

6.2. 阻塞 I/O

6.2.1. 睡眠的介绍

6.2.2. 简单睡眠

6.2.3. 阻塞和非阻塞操作

6.2.4. 一个阻塞 I/O 的例子

6.2.5. 高级睡眠

6.2.6. 测试 scullpipe 驱动

6.3. poll 和 select

6.3.1. 与 read 和 write 的交互

6.3.2. 底层的数据结构

6.4. 异步通知

6.4.1. 驱动的观点

6.5. 移位一个设备

6.5.1. llseek 实现

6.6. 在一个设备文件上的存取控制

6.6.1. 单 open 设备

6.6.2. 一次对一个用户限制存取

6.6.3. 阻塞 open 作为对 EBUSY 的替代

6.6.4. 在 open 时复制设备

6.7. 快速参考

7. 时间, 延时, 和延后工作

7.1. 测量时间流失

7.1.1. 使用 jiffies 计数器

7.1.2. 处理器特定的寄存器

7.2. 获知当前时间

7.3. 延后执行

7.3.1. 长延时

7.3.2. 短延时

7.4. 内核定时器

7.4.1. 定时器 API

7.4.2. 内核定时器的实现

7.5. Tasklets 机制

7.6. 工作队列

7.6.1. 共享队列

7.7. 快速参考

7.7.1. 时间管理

7.7.2. 延迟

7.7.3. 内核定时器

7.7.4. Tasklets 机制

7.7.5. 工作队列

8. 分配内存

8.1. kmalloc 的真实故事

8.1.1. flags 参数

8.1.2. size 参数

8.2. 后备缓存

8.2.1. 一个基于 Slab 缓存的 scull: scullc

8.2.2. 内存池

8.3. get_free_page 和其友

8.3.1. 一个使用整页的 scull: scullp

8.3.2. alloc_pages 接口

8.3.3. vmalloc 和 其友

8.3.4. 一个使用虚拟地址的 scull : scullv

8.4. 每-CPU 的变量

8.5. 获得大量缓冲

8.5.1. 在启动时获得专用的缓冲

8.6. 快速参考

9. 与硬件通讯

9.1. I/O 端口和 I/O 内存

9.1.1. I/O 寄存器和常规内存

9.2. 使用 I/O 端口

9.2.1. I/O 端口分配

9.2.2. 操作 I/O 端口

9.2.3. 从用户空间的 I/O 存取

9.2.4. 字串操作

9.2.5. 暂停 I/O

9.2.6. 平台依赖性

9.3. 一个 I/O 端口例子

9.3.1. 并口纵览

9.3.2. 一个例子驱动

9.4. 使用 I/O 内存

9.4.1. I/O 内存分配和映射

9.4.2. 存取 I/O 内存

9.4.3. 作为 I/O 内存的端口

9.4.4. 重用 short 为 I/O 内存

9.4.5. 在 1 MB 之下的 ISA 内存

9.4.6. isa_readb 和其友

9.5. 快速参考

10. 中断处理

10.1. 准备并口

10.2. 安装一个中断处理

10.2.1. /proc 接口

10.2.2. 自动检测 IRQ 号

10.2.3. 快速和慢速处理

10.2.4. 实现一个处理

10.2.5. 处理者的参数和返回值

10.2.6. 使能和禁止中断

10.3. 前和后半部

10.3.1. Tasklet 实现

10.3.2. 工作队列

10.4. 中断共享

10.4.1. 安装一个共享的处理者

10.4.2. 运行处理者

10.4.3. /proc 接口和共享中断

10.5. 中断驱动 I/O

10.5.1. 一个写缓存例子

10.6. 快速参考

11. 内核中的数据类型

11.1. 标准 C 类型的使用

11.2. 安排一个明确大小给数据项

11.3. 接口特定的类型

11.4. 其他移植性问题

11.4.1. 时间间隔

11.4.2. 页大小

11.4.3. 字节序

11.4.4. 数据对齐

11.4.5. 指针和错误值

11.5. 链表

11.6. 快速参考

12. PCI 驱动

12.1. PCI 接口

12.1.1. PCI 寻址

12.1.2. 启动时间

12.1.3. 配置寄存器和初始化

12.1.4. MODULEDEVICETABLE 宏

12.1.5. 注册一个 PCI 驱动

12.1.6. 老式 PCI 探测

12.1.7. 使能 PCI 设备

12.1.8. 存取配置空间

12.1.9. 存取 I/O 和内存空间

12.1.10. PCI 中断

12.1.11. 硬件抽象

12.2. 回顾: ISA

12.2.1. 硬件资源

12.2.2. ISA 编程

12.2.3. 即插即用规范

12.3. PC/104 和 PC/104+

12.4. 其他的 PC 总线

12.4.1. MCA 总线

12.4.2. EISA 总线

12.4.3. VLB 总线

12.5. SBus

12.6. NuBus 总线

12.7. 外部总线

12.8. 快速参考

13. USB 驱动

13.1. USB 设备基础知识

13.1.1. 端点

13.1.2. 接口

13.1.3. 配置

13.2. USB 和 sysfs

13.3. USB 的 Urbs

13.3.1. 结构 struct urb

13.3.2. 创建和销毁 urb

13.3.3. 提交 urb

13.3.4. 完成 urb: 完成回调处理者

13.3.5. 取消 urb

13.4. 编写一个 USB 驱动

13.4.1. 驱动支持什么设备

13.4.2. 注册一个 USB 驱动

13.4.3. 提交和控制一个 urb

13.5. 无 urb 的 USB 传送

13.5.1. usb_bulk_msg 接口

13.5.2. usb_control_msg 接口

13.5.3. 使用 USB 数据函数

13.6. 快速参考

14. Linux 设备模型

14.1. Kobjects, Ksets 和 Subsystems

14.1.1. Kobject 基础

14.1.2. kobject 层次, kset, 和子系统

14.2. 低级 sysfs 操作

14.2.1. 缺省属性

14.2.2. 非缺省属性

14.2.3. 二进制属性

14.2.4. 符号连接

14.3. 热插拔事件产生

14.3.1. 热插拔操作

14.4. 总线, 设备, 和驱动

14.4.1. 总线

14.4.2. 设备

14.4.3. 设备驱动

14.5. 类

14.5.1. class_simple 接口

14.5.2. 完整的类接口

14.6. 集成起来

14.6.1. 添加一个设备

14.6.2. 去除一个设备

14.6.3. 添加一个驱动

14.6.4. 去除一个驱动

14.7. 热插拔

14.7.1. 动态设备

14.7.2. /sbin/hotplug 工具

14.7.3. 使用 /sbin/hotplug

14.8. 处理固件

14.8.1. 内核固件接口

14.8.2. 它如何工作

14.9. 快速参考

14.9.1. Kobjects结构

14.9.2. sysfs 操作

14.9.3. 总线, 设备, 和驱动

14.9.4. 类

14.9.5. 固件

15. 内存映射和 DMA

15.1. Linux 中的内存管理

15.1.1. 地址类型

15.1.2. 物理地址和页

15.1.3. 高和低内存

15.1.4. 内存映射和 struct page

15.1.5. 页表

15.1.6. 虚拟内存区

15.1.7. 进程内存映射

15.2. mmap 设备操作

15.2.1. 使用 remap_pfn_range

15.2.2. 一个简单的实现

15.2.3. 添加 VMA 的操作

15.2.4. 使用 nopage 映射内存

15.2.5. 重新映射特定 I/O 区

15.2.6. 重新映射 RAM

15.2.7. 重映射内核虚拟地址

15.3. 进行直接 I/O

15.3.1. 异步 I/O

15.4. 直接内存存取

15.4.1. 一个 DMA 数据传输的概况

15.4.2. 分配 DMA 缓冲

15.4.3. 总线地址

15.4.4. 通用 DMA 层

15.4.5. ISA 设备的 DMA

15.5. 快速参考

15.5.1. 介绍性材料

15.5.2. 实现 mmap

15.5.3. 实现直接 I/O

15.5.4. 直接内存存取

16. 块驱动

16.1. 注册

16.1.1. 块驱动注册

16.1.2. 磁盘注册

16.1.3. 在 sbull 中的初始化

16.1.4. 注意扇区大小

16.2. 块设备操作

16.2.1. open 和 release 方法

16.2.2. 支持可移出的介质

16.2.3. ioctl 方法

16.3. 请求处理

16.3.1. 对请求方法的介绍

16.3.2. 一个简单的请求方法

16.3.3. 请求队列

16.3.4. 请求的分析

16.3.5. 请求完成函数

16.4. 一些其他的细节

16.4.1. 命令预准备

16.4.2. 被标识的命令排队

16.5. 快速参考

17. 网络驱动

17.1. snull 是如何设计的

17.1.1. 分配 IP 号

17.1.2. 报文的物理传送

17.2. 连接到内核

17.2.1. 设备注册

17.2.2. 初始化每一个设备

17.2.3. 模块卸载

17.3. net_device 结构的详情

17.3.1. 全局信息

17.3.2. 硬件信息

17.3.3. 接口信息

17.3.4. 设备方法

17.3.5. 公用成员

17.4. 打开与关闭

17.5. 报文传送

17.5.1. 控制发送并发

17.5.2. 传送超时

17.5.3. 发散/汇聚 I/O

17.6. 报文接收

17.7. 中断处理

17.8. 接收中断缓解

17.9. 连接状态的改变

17.10. Socket 缓存

17.10.1. 重要成员变量

17.10.2. 作用于 socket 缓存的函数

17.11. MAC 地址解析

17.11.1. 以太网使用 ARP

17.11.2. 不考虑 ARP

17.11.3. 非以太网头部

17.12. 定制 ioctl 命令

17.13. 统计信息

17.14. 多播

17.14.1. 多播的内核支持

17.14.2. 典型实现

17.15. 几个其他细节

17.15.1. 独立于媒介的接口支持

17.15.2. ethtool 支持

17.15.3. netpoll

17.16. 快速参考

18. TTY 驱动

18.1. 一个小 TTY 驱动

18.1.1. 结构 struct termios

18.2. tty_driver 函数指针

18.2.1. open 和 close

18.2.2. 数据流

18.2.3. 其他缓冲函数

18.2.4. 无 read 函数?

18.3. TTY 线路设置

18.3.1. set_termios 函数

18.3.2. tiocmget 和 tiocmset

18.4. ioctls 函数

18.5. TTY 设备的 proc 和 sysfs 处理

18.6. tty_driver 结构的细节

18.7. tty_operaions 结构的细节

18.8. tty_struct 结构的细节

18.9. 快速参考