Linux設(shè)備驅(qū)動開發(fā)

第1篇  用于嵌入式設(shè)備驅(qū)動程序開發(fā)的內(nèi)核核心框架
第1章  嵌入式開發(fā)人員需要掌握的Linux內(nèi)核概念 3
1.1  技術(shù)要求 3
1.2  內(nèi)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(nèi)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(nèi)核等待隊列 15
1.4  工作延遲機制 19
1.4.1  softIRQ 20
1.4.2  關(guān)于ksoftirqd 24
1.4.3  tasklet 25
1.4.4  工作隊列 28
1.4.5  內(nèi)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(nèi)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(shè)計中斷處理程序 40
1.5.4  中斷的標(biāo)志 42
1.5.5  中斷的返回值 44
1.5.6  關(guān)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(jié) 61
第2章  regmap API應(yīng)用 63
2.1  技術(shù)要求 63
2.2  regmap及其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 64
2.2.1  struct regmap_config結(jié)構(gòu)體中的字段 65
2.2.2  訪問設(shè)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(nèi)核IRQ管理的結(jié)構(gòu) 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?zhǔn)街袛?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?zhǔn)絀RQ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(jié)構(gòu) 91
2.5.1  regmap IRQ數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 91
2.5.2  regmap IRQ API 95
2.5.3  regmap IRQ API示例 98
2.6  小結(jié) 102
第3章  深入研究MFD子系統(tǒng)和syscon API 103
3.1  技術(shù)要求 103
3.2  MFD子系統(tǒng)和syscon API 104
3.2.1  da9055設(shè)備驅(qū)動程序示例 104
3.2.2  max8925設(shè)備驅(qū)動程序示例 113
3.3  MFD設(shè)備的設(shè)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(jié) 125
第4章  通用時鐘框架 127
4.1  技術(shù)要求 128
4.2  CCF數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(shè)備樹節(jié)點及其相關(guān)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(diào) 141
4.3  編寫時鐘提供者驅(qū)動程序 145
4.3.1  有關(guān)時鐘提供者驅(qū)動程序的基礎(chǔ)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(biāo)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(shè)備綁定 158
4.3.7  PWM時鐘 159
4.3.8  固定倍頻時鐘驅(qū)動程序及其操作 160
4.3.9  固定倍頻時鐘的設(shè)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(fù)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(zhǔn)備/取消準(zhǔn)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(jié) 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(qū)動程序 185
5.1  技術(shù)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(qū)動程序 189
5.3.1  編解碼器驅(qū)動程序的實例結(jié)構(gòu) 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(shè)置一個簡單開關(guān) 202
5.3.10  設(shè)置帶有音量級別的開關(guān) 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(guān)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(qū)動程序 224
5.6.1  CPU DAI驅(qū)動程序 225
5.6.2  平臺DMA驅(qū)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(jié) 233
第6章  ALSA SoC框架—深入了解機器類驅(qū)動程序 235
6.1  技術(shù)要求 235
6.2  機器類驅(qū)動程序介紹 236
6.2.1  機器類驅(qū)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(shè)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(shè)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(shè)置的典型實現(xiàn) 247
6.5  聲卡注冊 249
6.6  利用simple-card機器驅(qū)動程序 252
6.6.1  simple-audio機器驅(qū)動程序 252
6.6.2  無編解碼器聲卡 253
6.7  小結(jié) 254
第7章  V4L2和視頻采集設(shè)備驅(qū)動程序揭秘 255
7.1  技術(shù)要求 255
7.2  框架架構(gòu)和主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 255
7.2.1  V4L2架構(gòu)簡介 256
7.2.2  初始化和注冊V4L2設(shè)備 257
7.3  橋接視頻設(shè)備驅(qū)動程序 258
7.3.1  struct video_device結(jié)構(gòu)體 259
7.3.2  初始化和注冊視頻設(shè)備 262
7.3.3  視頻設(shè)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(qū)動程序相關(guān)的流傳輸回調(diào)函數(shù) 274
7.3.10  初始化和釋放vb2隊列 277
7.4  關(guān)于子設(shè)備 278
7.4.1  子設(shè)備數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)體 279
7.4.2  子設(shè)備初始化 282
7.4.3  子設(shè)備操作 284
7.4.4  核心操作結(jié)構(gòu) 285
7.4.5  視頻操作結(jié)構(gòu) 286
7.4.6  傳感器操作結(jié)構(gòu) 287
7.4.7  調(diào)用子設(shè)備操作 288
7.4.8  子設(shè)備的注冊和注銷方式 289
7.5  V4L2控件基礎(chǔ)結(jié)構(gòu) 290
7.5.1  標(biāo)準(zhǔn)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(qū)動程序示例 294
7.5.4  關(guān)于控件繼承 297
7.6  小結(jié) 297
第8章  集成V4L2異步和媒體控制器框架 299
8.1  技術(shù)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(shè)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(shè)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(shè)備抽象 327
8.3.3  媒體控制器數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 328
8.3.4  在驅(qū)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(shè)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(jié) 351
第9章  從用戶空間利用V4L2 API 353
9.1  技術(shù)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(shè)備打開和屬性管理 357
9.3.1  打開和關(guān)閉設(shè)備 357
9.3.2  查詢設(shè)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(guān)于v4l2-ctl 376
9.5.2  列出視頻設(shè)備及其功能 377
9.5.3  更改設(shè)備屬性 377
9.5.4  設(shè)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(diào)試V4L2 382
9.6.1  啟用框架調(diào)試 382
9.6.2  V4L2合規(guī)性驅(qū)動程序測試 384
9.7  小結(jié) 385
第10章  Linux內(nèi)核電源管理 387
10.1  技術(shù)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(nèi)存 396
10.4.4  掛起到磁盤 397
10.5  為設(shè)備驅(qū)動程序添加電源管理功能 399
10.5.1  設(shè)備和電源管理操作數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 399
10.5.2  實現(xiàn)運行時電源管理功能 401
10.5.3  驅(qū)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(yīng)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(diào)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(diào)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(fù)順序 411
10.7.1  掛起階段 411
10.7.2  恢復(fù)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(jié)構(gòu) 415
10.8.2  使設(shè)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(guān)于IRQF_NO_SUSPEND標(biāo)志 422
10.9  小結(jié) 422
第3篇  與其他Linux內(nèi)核子系統(tǒng)保持同步
第11章  編寫PCI設(shè)備驅(qū)動程序 425
11.1  技術(shù)要求 425
11.2  PCI總線和接口介紹 426
11.2.1  術(shù)語 427
11.2.2  PCI總線枚舉、設(shè)備配置和尋址 428
11.2.3  設(shè)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(nèi)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(jié)構(gòu) 439
11.7.1  實例化PCI設(shè)備的結(jié)構(gòu)體 439
11.7.2  用于識別PCI設(shè)備的結(jié)構(gòu)體 441
11.7.3  實例化PCI設(shè)備驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)體 443
11.7.4  注冊PCI驅(qū)動程序 444
11.8  PCI驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)體概述 445
11.8.1  啟用設(shè)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(nèi)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(diào)和 457
11.8.9  關(guān)于鎖定的注意事項 457
11.8.10  關(guān)于傳統(tǒng)API的簡要說明 457
11.9  PCI和直接內(nèi)存訪問 458
11.9.1  關(guān)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(jié) 466
第12章  利用NVMEM框架 467
12.1  技術(shù)要求 467
12.2  NVMEM數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和API 468
12.2.1  NVMEM硬件抽象數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 468
12.2.2  NVMEM設(shè)備的運行時配置數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 468
12.2.3  NVMEM數(shù)據(jù)單元的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 470
12.3  編寫NVMEM提供者驅(qū)動程序 472
12.3.1  NVMEM設(shè)備的注冊和注銷 472
12.3.2  實時時鐘設(shè)備中的NVMEM存儲器 473
12.3.3  DS1307實時時鐘驅(qū)動程序示例 474
12.3.4  實現(xiàn)NVMEM讀/寫回調(diào)函數(shù) 475
12.3.5  NVMEM提供者的設(shè)備樹綁定 476
12.4  NVMEM使用者驅(qū)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(jié) 480
第13章  看門狗設(shè)備驅(qū)動程序 481
13.1  技術(shù)要求 481
13.2  看門狗數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和API 481
13.2.1  表示看門狗設(shè)備的結(jié)構(gòu)體 482
13.2.2  表示看門狗信息的結(jié)構(gòu)體 483
13.2.3  表示看門狗操作的結(jié)構(gòu)體 485
13.2.4  注冊/注銷看門狗設(shè)備 486
13.2.5  處理預(yù)超時和調(diào)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(shè)置和獲取超時和預(yù)超時 493
13.3.5  獲取剩余的時間 494
13.3.6  獲?。▎?重啟）狀態(tài) 494
13.3.7  看門狗sysfs接口 496
13.3.8  處理預(yù)超時事件 497
13.4  小結(jié) 497
第14章  Linux內(nèi)核調(diào)試技巧和最佳實踐 499
14.1  技術(shù)要求 499
14.2  了解Linux內(nèi)核發(fā)布流程 499
14.3  Linux內(nèi)核開發(fā)技巧 501
14.3.1  消息打印 502
14.3.2  內(nèi)核日志級別 502
14.3.3  內(nèi)核日志緩沖區(qū) 504
14.3.4  添加計時信息 505
14.4  Linux內(nèi)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(jìn)程 515
14.5  Linux內(nèi)核調(diào)試技巧 516
14.5.1  oops和恐慌分析 516
14.5.2  轉(zhuǎn)儲oops跟蹤消息 519
14.5.3  使用objdump識別內(nèi)核模塊中的錯誤代碼行 520
14.6  小結(jié) 521