嵌入式GNU/Linux内核与设备驱动

Prerequisites:

• 基本熟悉作为终端用户使用GNU/Linux系统
• 基本熟悉命令行shell
• 具备用户空间/应用开发的基础知识
• 具备中级C语言编程知识
• 建议先参加嵌入式GNU/Linux系统架构课程（强烈推荐！），或对该课程所涵盖的主题有较好的理解

Overview:

描述

本课程为期5天，通过动手练习与讲解相结合，深入探讨GNU/Linux内核与设备驱动开发的概念。课程旨在让您快速上手，通过理论与实践相结合的方式，介绍编写GNU/Linux设备驱动所需的过程、概念和命令。

不要重复造轮子，而是向经验丰富的培训师学习，带回家实际应用的知识，并能够在自己的嵌入式开发项目中有效运用。

适合人群？

对开发或评估GNU/Linux设备驱动感兴趣或负责相关工作的人员，如软件工程师、现场工程师、（项目）经理、硬件工程师。

Course Outline:

简介

• GNU/Linux的简史
• 许可
• 内核版本控制
• 发布周期
• 内核树
• 主线
• 内核与用户空间
• 机制与策略
• 内核驱动替代方案
• RTOS与Linux

内存管理

• 虚拟内存与物理内存
• 内核中的内存分配
• 页面
• 区域
• API
• slab

内核补丁

• 生命周期
• git
• 内核源码
• 创建补丁
• 检查补丁
• 修复补丁
• 提交补丁
• 代码审计

内核模块

• 获取内核源码
• 配置/构建/安装
• 设备驱动（静态链接，运行时加载）
• init/exit
• 许可
• EXPORT SYMBOL GPL
• 外部树makefile
• module-init-tools
• 内核树中的模块
• Kconfig
• 参数传递
• sparse

字符驱动

• 架构
• 用户/内核接口
• I/O子系统
• VFS
• sysfs（设备、总线、驱动、类）
• kobject/ktype/kset
• Linux内核驱动模型
• 设备文件
• 字符驱动
  • 初始化
  • 注册
  • open, release
  • cdev, cdev add, cdev del,...
  • 主/次设备号
  • udev, udevmonitor, udevadm

高级字符驱动操作

• ioctl
• unlocked ioctl
• compat ioctl
• 用户空间API
• 内核空间API
• 进程生命周期
• 睡眠/阻塞
• 睡眠/唤醒
• 等待队列
• 惊群效应
• poll/select

内核调试

• 调试
• 内核调试
  • 使用git进行二分查找
  • 内核的调试支持
  • printk syslogd, klogd, 日志级别, 速率限制, 调试级别, 选择性子系统调试
  • 通过debugfs查询调试
  • oops调试, 断言oops
  • Magic SysRq Key
  • kgdb/kdb
  • JTAG

跟踪

• gcov
• lcov
• oprofile
• ftrace
  • nop tracer
  • function tracer
  • sched switch tracer
  • function graph tracer
  • dynamic tracer
• trace-cmd/kernelshark
• perf
• LTTng

中断

• 中断与轮询
• 中断
• 程序段
• 可重入性
• 事件
• 中断处理程序
• 共享中断处理程序
• 中断流程
• 中断控制

延迟工作

• 上半部/下半部
• 软中断
• 任务队列
• 工作队列
• 线程化中断

并发

• 临界区/段
• 原子操作
• 竞态条件
• 同步
• 锁
• 锁解决方案
• 死锁
• 争用
• 锁什么？
• 可以使用什么？
  • 原子操作
  • 自旋锁
  • 读写自旋锁
  • 信号量
  • 二进制信号量
  • 互斥锁
  • 读写信号量
  • 完成变量
  • 顺序锁
  • 禁用抢占
  • 排序与屏障

时间

• HZ
• Jiffies
• 大/小延迟
• 内核定时器

硬件I/O

• I/O端口
• I/O内存
• 如何应对访问寄存器的副作用？

用户-内核通信

• put(get)_user()
• copy to(from)_user()
• 内核I/O
• 内存映射
• procfs
• sysfs
• debugfs
• relayfs
• netlink
• ioctl

可移植性

• 字长
• 不透明类型
• 有符号/无符号字符
• 数据对齐
• 整型提升
• 代码复用
• 字节序
• 系统时钟
• 页面大小
• 指令顺序
• SMP/抢占/高内存

除非另有说明，本课程内容及大纲均遵循署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0 国际 (CC BY-NC-SA 4.0)许可。