原子嵌入式Linux驱动开发详解与实战 pdf下载

全面解析基于ARM内核的嵌入式Linux驱动开发，通过丰富的实战案例让单片机开发者熟练掌握嵌入式Linux驱动开发。

随着半导体技术和芯片技术的飞速发展,能运行嵌入式 Linux系统的 MPU 芯片价格也在不断降低,ARM 架构 的芯片在手机、工业控制、物联网、自动驾驶等领域得到了广泛应用。以前大量使用 MCU 的地方也开始使用嵌入式 Linux地系铁统刷。卡的闸机、汽车充电桩的操作面板、物联网网关等都有嵌入式 Linux的身影,各企业对嵌入式 Linux开发 人才的需求也急剧增加。相比单片机开发,嵌入式 Linux开发难度要大很多。尤其是最重要的驱动开发,嵌入式 Linux内核采用面向对象思路设计,且已开发大量驱动框架,开发人员需要掌握这些驱动框架的使用,编写出符合嵌 入式 Linux要求的驱动。 本书从最基本的点灯程序到网络驱动的编写,涵盖了 Linux开发的三大驱动类型:字符设备驱动、块设备驱动 和网络设备驱动。本书的一大特色就是涵盖了全设备树开发,除了最开始的几个为了讲解嵌入式 Linux如何操作 芯片寄存器的例程没有采用设备树外,其他的例程都采用设备树,基本涵盖了嵌入式 Linux驱 动 开 发 中 的 常 用 外设。本书可作为广大从事嵌入式开发、物联网、工业控制开发等工程技术人员的学习和参考用书,也可作为高等学 校计算机、电子、自动化等专业嵌入式系统、微机接口、物联网等课程的教材。

左忠凯,14年参加工作以来一直从事于嵌入式教育，以第一作者身份著有《FreeRTOS源码详解与应用开发》，参与编写了正点原子大量的手把手教你STM32系列书籍，比如《精通STM32F4库函数版》、《STM32F7原理与应用》等。同时录制了大量的STM32相关教学视频，广受好评。18年开始负责公司Linux教育平台的研发，编写了1800多页的Linux驱动开发教程，录制了200多讲Linux开发视频，负责的I.MX6ULL开发板自从发布至今，销量一直处于淘宝第一，Linux驱动开发相关视频在各大平台的点击量超过30万次。

目录

第四篇ARMLinux驱动开发篇

第1章字符设备驱动开发

1.1字符设备驱动简介

1.2字符设备驱动开发步骤

1.2.1驱动模块的加载和卸载

1.2.2字符设备注册与注销

1.2.3实现设备的具体操作函数

1.2.4添加LICENSE和作者信息

1.3Linux设备号

1.3.1设备号的组成

1.3.2设备号的分配

1.4chrdevbase字符设备驱动开发实验

1.4.1实验程序编写

1.4.2编写测试App

1.4.3编译驱动程序和测试App

1.4.4运行测试

第2章嵌入式LinuxLED灯驱动开发实验

2.1Linux下LED灯驱动原理

2.1.1地址映射

2.1.2I/O内存访问函数

2.2硬件原理图分析

2.3实验程序编写

2.3.1LED灯驱动程序编写

2.3.2编写测试App

2.4运行测试

2.4.1编译驱动程序和测试App

2.4.2运行测试

第3章新字符设备驱动实验

3.1新字符设备驱动原理

3.1.1分配和释放设备号

3.1.2新的字符设备注册方法

3.2自动创建设备节点

3.2.1mdev机制

3.2.2创建和删除类

3.2.3创建设备

3.2.4参考示例

3.3设置文件私有数据

3.4硬件原理图分析

3.5实验程序编写

3.5.1LED灯驱动程序编写

3.5.2编写测试App

3.6运行测试

3.6.1编译驱动程序和测试App

3.6.2运行测试

第4章Linux设备树

4.1什么是设备树

4.2DTS、DTB和DTC

4.3DTS语法

4.3.1.dtsi头文件

4.3.2设备节点

4.3.3标准属性

4.3.4根节点compatible属性

4.3.5向节点追加或修改内容

4.4创建小型模板设备树

4.5设备树在系统中的体现

4.6特殊节点

4.6.1aliases子节点

4.6.2chosen子节点

4.7Linux内核解析DTB文件

4.8绑定信息文档

4.9设备树常用OF操作函数

4.9.1查找节点的OF函数

4.9.2查找父/子节点的OF函数

4.9.3提取属性值的OF函数

4.9.4其他常用的OF函数

第5章设备树下的LED灯驱动实验

5.1设备树LED驱动原理

5.2硬件原理图分析

5.3实验程序编写

5.3.1修改设备树文件

5.3.2LED灯驱动程序编写

5.3.3编写测试App

5.4运行测试

5.4.1编译驱动程序和测试App

5.4.2运行测试

第6章pinctrl和gpio子系统实验

6.1pinctrl子系统

6.1.1pinctrl子系统简介

6.1.2I.MX6ULL的pinctrl子系统驱动

6.1.3设备树中添加pinctrl节点模板

6.2gpio子系统

6.2.1gpio子系统简介

6.2.2I.MX6ULL的gpio子系统驱动

6.2.3gpio子系统API函数

6.2.4设备树中添加gpio节点模板

6.2.5与GPIO相关的OF函数

6.3硬件原理图分析

6.4实验程序编写

6.4.1修改设备树文件

6.4.2LED灯驱动程序编写

6.4.3编写测试App

6.5运行测试

6.5.1编译驱动程序和测试App

6.5.2运行测试

第7章Linux蜂鸣器实验

7.1蜂鸣器驱动原理

7.2硬件原理图分析

7.3实验程序编写

7.3.1修改设备树文件

7.3.2蜂鸣器驱动程序编写

7.3.3编写测试App

7.4运行测试

7.4.1编译驱动程序和测试App

7.4.2运行测试

第8章Linux并发与竞争

8.1并发与竞争

8.2原子操作

8.2.1原子操作简介

8.2.2原子整型数据操作API函数

8.2.3原子位操作API函数

8.3自旋锁

8.3.1自旋锁简介

8.3.2自旋锁API函数

8.3.3其他类型的锁

8.3.4自旋锁使用注意事项

8.4信号量

8.4.1信号量简介

8.4.2信号量API函数

8.5互斥体

8.5.1互斥体简介

8.5.2互斥体API函数

第9章Linux并发与竞争实验

9.1原子操作实验

9.1.1实验程序编写

9.1.2运行测试

9.2自旋锁实验

9.2.1实验程序编写

9.2.2运行测试

9.3信号量实验

9.3.1实验程序编写

9.3.2运行测试

9.4互斥体实验

9.4.1实验程序编写

9.4.2运行测试

第10章Linux按键输入实验

10.1Linux下按键驱动原理

10.2硬件原理图分析

10.3实验程序编写

10.3.1修改设备树文件

10.3.2按键驱动程序编写

10.3.3编写测试App

10.4运行测试

10.4.1编译驱动程序和测试App

10.4.2运行测试

第11章Linux内核定时器实验

11.1Linux时间管理和内核定时器简介

11.1.1内核时间管理简介

11.1.2内核定时器简介

11.1.3Linux内核短延时函数

11.2硬件原理图分析

11.3实验程序编写

11.3.1修改设备树文件

11.3.2定时器驱动程序编写

11.3.3编写测试App

11.4运行测试

11.4.1编译驱动程序和测试App

11.4.2运行测试

第12章Linux中断实验

12.1Linux中断简介

12.1.1Linux中断API函数

12.1.2上半部与下半部

12.1.3设备树中断信息节点

12.1.4获取中断号

12.2硬件原理图分析

12.3实验程序编写

12.3.1修改设备树文件

12.3.2按键中断驱动程序编写

12.3.3编写测试App

12.4运行测试

12.4.1编译驱动程序和测试App

12.4.2运行测试

第13章Linux阻塞和非阻塞I/O实验

13.1阻塞和非阻塞I/O

13.1.1阻塞和非阻塞简介

13.1.2等待队列

13.1.3轮询

13.1.4Linux驱动下的poll操作函数

13.2阻塞I/O实验

13.2.1硬件原理图分析

13.2.2实验程序编写

13.2.3运行测试

13.3非阻塞I/O实验

13.3.1硬件原理图分析

13.3.2实验程序编写

13.3.3运行测试

第14章异步通知实验

14.1异步通知

14.1.1异步通知简介

14.1.2驱动中的信号处理

14.1.3应用程序对异步通知的处理

14.2硬件原理图分析

14.3实验程序编写

14.3.1修改设备树文件

14.3.2程序编写

14.3.3编写测试App

14.4运行测试

14.4.1编译驱动程序和测试App

14.4.2运行测试

第15章platform设备驱动实验

15.1Linux驱动的分离与分层

15.1.1驱动的分隔与分离

15.1.2驱动的分层

15.2platform平台驱动模型简介

15.2.1platform总线

15.2.2platform驱动

15.2.3platform设备

15.3硬件原理图分析

15.4实验程序编写

15.4.1platform设备与驱动程序编写

15.4.2编写测试App

15.5运行测试

15.5.1编译驱动程序和测试App

15.5.2运行测试

第16章设备树下的platform驱动编写

16.1设备树下的platform驱动简介

16.2硬件原理图分析

16.3实验程序编写

16.3.1修改设备树文件

16.3.2platform驱动程序编写

16.3.3编写测试App

16.4运行测试

16.4.1编译驱动程序和测试App

16.4.2运行测试

第17章Linux自带的LED灯驱动实验

17.1Linux内核自带LED灯驱动使能

17.2Linux内核自带LED灯驱动简介

17.2.1LED灯驱动框架分析

17.2.2module_platform_driver()函数简介

17.2.3gpio_led_probe()函数简介

17.3设备树节点编写

17.4运行测试

第18章LinuxMISC驱动实验

18.1MISC设备驱动简介

18.2硬件原理图分析

18.3实验程序编写

18.3.1修改设备树

18.3.2beep驱动程序编写

18.3.3编写测试App

18.4运行测试

18.4.1编译驱动程序和测试App

18.4.2运行测试

第19章Linuxinput子系统实验

19.1input子系统

19.1.1input子系统简介

19.1.2input驱动编写流程

19.1.3input_event结构体

19.2硬件原理图分析

19.3实验程序编写

19.3.1修改设备树文件

19.3.2按键input驱动程序编写

19.3.3编写测试App

19.4运行测试

19.4.1编译驱动程序和测试App

19.4.2运行测试

19.5Linux自带按键驱动程序的使用

19.5.1自带按键驱动程序源码简介

19.5.2自带按键驱动程序的使用

第20章LinuxPWM驱动实验

20.1PWM驱动简介

20.1.1设备树下的PWM控制器节点

20.1.2PWM子系统

20.1.3PWM驱动源码分析

20.2PWM驱动编写

20.2.1修改设备树

20.2.2使能PWM驱动

20.3PWM驱动测试

第21章LinuxLCD驱动实验

21.1Linux下LCD驱动简介

21.1.1Framebuffer设备

21.1.2LCD驱动简介

21.2硬件原理图分析

21.3LCD驱动程序编写

21.3.1修改设备树

21.3.2LCD屏幕背光节点信息

21.4运行测试

21.4.1LCD屏幕基本测试

21.4.2设置LCD作为终端控制台

21.4.3LCD背光调节

21.4.4LCD自动关闭解决方法

第22章LinuxRTC驱动实验

22.1Linux内核RTC驱动简介

22.2I.MX6U内部RTC驱动分析

22.3RTC时间查看与设置

第23章LinuxI2C驱动实验

23.1LinuxI2C驱动框架简介

23.1.1I2C总线驱动

23.1.2I2C设备驱动

23.1.3I2C设备和驱动匹配过程

23.2I.MX6U的I2C适配器驱动分析

23.3I2C设备驱动编写流程

23.3.1I2C设备信息描述

23.3.2I2C设备数据收发处理流程

23.4硬件原理图分析

23.5实验程序编写

23.5.1修改设备树

23.5.2AP3216C驱动编写

23.5.3编写测试App

23.6运行测试

23.6.1编译驱动程序和测试App

23.6.2运行测试

.......

前言

本书和清华大学出版社已出版的《原子嵌入式 Linux驱动开发详解》是一套书籍，在《原子嵌入式 Linux驱动开发详解》这本书的前3篇中，详细讲解了ARM裸机开发、Uboot、Linux内核和根文件系统的移植，为我们学习嵌入式Linux驱动开发打下了坚实的基础。本书是第四篇——ARM Linux驱动开发篇，专门讲解嵌入式Linux驱动开发，涵盖了Linux开发的三大驱动类型： 字符设备驱动、块设备驱动、网络设备驱动。本书使用的Linux内核版本为4.1.15，其支持设备树(Device tree)，所以本篇所有例程均采用设备树开发。

嵌入式Linux学习的难点在于：

(1) 基础要求高

嵌入式Linux对于学习者的基础要求比较高，需要从事过或学习过32位ARM单片机的开发。掌握32位微控制器架构的基础知识，了解32位微控制器的寄存器操作方法，掌握常用的通信协议，比如串口、I2C、SPI、RGB屏幕、SAI、网络等。零基础学习嵌入式Linux驱动开发难度很大，笔者不建议直接上手。就跟我们上学一样： 小学—初中—高中—大学，是一个循序渐进的过程。不可能小学、初中都不上，等到了年龄以后直接上高中，一次性把小学、初中和高中的知识全学了，这个难度是很大的。

(2) 驱动框架多

嵌入式Linux为了兼容众多的芯片，开发了大量的驱动框架，我们要根据这些驱动框架来编写驱动。比如一个简单的LED灯驱动程序，单片机用十几行代码就可以实现，但是在嵌入式Linux环境下可能就要几十行了。而且不同的外设，驱动框架不同，如I2C、SPI、按键输入等。嵌入式Linux驱动学习的一大内容就是学习掌握大量的驱动框架。

(3) C语言基础要求高

嵌入式Linux内核采用C语言开发，在内核中充斥着大量的C语言高级用法，像指针、结构体这种都是很常见的。C语言基础薄弱的同学上手难度也很大，所以要加强和巩固C语言的基础知识。

(4) 设备树开发方式

嵌入式Linux内核早就采用设备树进行驱动开发了，和单片机直接编写C文件开发驱动相比，设备树的引入无疑又增加了学习难度，毕竟要多学习一门技术。设备树贯穿于整个嵌入式Linux驱动开发始终，是必须熟练掌握的技术。

本书采用循序渐进、由浅入深的方式进行章节编排，先是字符设备，再是块设备，最后是网络设备。

(1) 字符设备驱动

字符设备是Linux驱动开发中最杂、最多的一类设备，小到LED点灯，大到USB、音频都属于字符设备驱动。在实际的工作中，大部分工作都是处理字符设备驱动。本书首先从一个虚拟的字符设备驱动开始，讲解字符设备基础驱动框架的使用。然后再慢慢引入设备树、GPIO、输入输出子系统、I2C、SPI等其他框架。

(2) 块设备驱动

采用内存模拟一个物理存储设备的方式，重点讲解块设备框架的使用，编写一个采用内存模拟的块设备驱动。

(3) 网络设备驱动

在实际的项目开发中，网络设备驱动也是很重要的一点，比如我们更换网络PHY以后如何调试网络驱动。本书花了大量篇幅来详细讲解嵌入式Linux的网络设备开发流程，从PHY芯片到网络驱动架构，尤其是PHY芯片的讲解。因为在真正做项目的时候，打交道的就是PHY芯片，主控端的驱动是不需要修改的，我们要做的就是驱动起来所选择的PHY芯片，让网络正常工作。

(4) 全设备树开发方式

基本上所有的例程都采用设备树的开发方式，从基本的GPIO到网络驱动。每个例程都有详细的设备树讲解，真正让读者深入掌握设备树原理。

嵌入式Linux的驱动开发学习是需要不断练习的，尤其是相比单片机开发，引入了很多复杂的知识体系。比如搭建驱动框架和设备树，很多初学者第一遍学习的感觉就是稀里糊涂的，这是因为练习得少，对这些新知识还不熟悉，这是很正常的。笔者在学习嵌入式Linux驱动开发的时候，学习了好几遍才有感觉。这里可以教大家一个方法，先用一个开发板跟着教程学习一遍，比如使用正点原子的I.MX6UL开发板。当学完了以后，再换另外一个型号的开发板，比如STM32MP157、RV1126等，将自己学过的东西在新的开发板上实践，这样就能巩固好已有的知识。

最后，祝愿大家学习顺利。

作者2023年5月