《嵌入式系統Linux核心開發實戰指南》由電子工業出版社2009-1-1出版。作者王洪輝。主要講述了嵌入式系統Linux核心開發的各種知識。
基本介紹
編輯推薦,宣傳語,內容簡介,作者簡介,目錄,前言（序）,
編輯推薦
《嵌入式系統Linux核心開發實戰指南（ARM平台）》凝聚了作者12年的工作經驗和學習心得與體會，內容覆蓋了嵌入式系統Linux核心開發的各個方面。作者根據自己11年的一線工作經驗，介紹了嵌入式系統的概念、組織架構、工作原理、軟硬體設計流程、開發調試方法以及嵌入式Linux的開發方法與技能，其中列舉了許多作者工作中的實際案例；
宣傳語
技術總監辭職一年精心寫作！
●作者希望認識技術水平超越本書內容的頂尖專家
●對於經驗非常豐富的高手，可以參照詳細目錄直接閱讀代碼透析Linux核心實現原理的相關章節
●對於入行多年的工程師，本書包含作者10多年的實戰經驗與技能，讓你遇到難題不求人
●對於剛起步的初學者，本書詳細介紹了嵌入式Linux開發流程和方法，讓你快速入門，不走彎路
內容簡介
作者根據自己反覆閱讀Linux2.6核心原始碼和Linux核心參考書的筆記與心得，用很大篇幅深入剖析了Linux核心的組成結構以及各組件的實現原理，在闡述理論的同時對核心原始碼進行詳細注釋，這樣既加深了對Linux核心原理的理解，又可引導讀者自行閱讀、分析核心原始碼；
該書共32章，分為四部分，每一部分的內容既相互獨立，又彼此關聯，讀者可以根據自己的實際情況有選擇地閱讀，不必嚴格依照書中的章節順序。
作者簡介
王洪輝，江西豐城人，1996年畢業於華北航天工業學院，被分配到中航北京青雲航空儀表公司工作，2000年從青雲離職後先後在6家公司工作過；作者一直從事嵌入式系統Linux核心開發工作，在當今各種流行的嵌入式處理器平台和作業系統上都做過開發，編寫、移植或者調試過各種設備、接口的驅動程式；作者在職期間即使擔任硬體部主管或技術總監職務，只要有時間仍堅持親自參與一線技術開發工作，積累經驗，精益求精，是嵌入式系統Linux核心開發領域名副其實的技術專家；現在作者主要從事嵌入式系統Linux核心研究與教學工作，並計畫將來組織開發自己的作業系統。
目錄
第1部分 嵌入式系統硬體開發
第1章 嵌入式系統概述 2
這一章對嵌入式系統的概念及其特點和套用作了概括介紹，筆者根據自己多年的經驗闡述了對嵌入式系統的理解，並對一些常見的嵌入式處理器的硬體數據進行了比較。
1.1 嵌入式系統概念 2
1.2 嵌入式處理器 3
1.3 嵌入式系統套用 4
1.4 嵌入式系統發展 4
1.5 一些嵌入式處理器的硬體特性比較 5
第2章 ARM處理器概述 16
為了使本書內容完整，從第2章到第7章中的內容大部分是筆者閱讀《ARM體系結構與編程》（詳情參見附錄中的參考文獻）的筆記和心得，把與嵌入式系統開發和Linux核心密切相關的硬體知識進行了概括和整理，本章主要介紹了ARM處理器的特點、ARM處理器的體系架構版本和ARM處理器系列。
2.1 ARM發展歷程 16
2.2 ARM處理器特點 17
2.3 ARM處理器套用 17
2.4 ARM體系架構 18
2.4.1 ARM體系架構版本 18
2.4.2 ARM體系架構變種（Variant） 20
2.4.3 ARM體系架構版本命名格式 22
2.5 ARM處理器 22
2.5.1 ARM7系列處理器 23
2.5.2 ARM9系列處理器 24
2.5.3 ARM9E系列處理器 24
2.5.4 ARM10E系列處理器 25
2.5.5 SecurCore系列處理器 25
2.5.6 StrongARM處理器 26
2.5.7 Xscale處理器 26
第3章 ARM指令及其定址方式 27
本章主要介紹了ARM處理器的指令和定址方式以及ARM彙編偽指令，這是做ARM處理器套用系統底層軟體開發必備的知識。
3.1 ARM處理器的程式狀態暫存器（PSR） 27
3.2 ARM指令的條件碼 28
3.3 ARM指令介紹 29
3.3.1 跳轉指令 29
3.3.2 數據處理指令 30
3.3.3 乘法指令 31
3.3.4 雜類算術指令 32
3.3.5 狀態暫存器訪問指令 32
3.3.6 Load/Store記憶體訪問指令 33
3.3.7 批量Load/Store記憶體訪問指令 34
3.3.8 LDREX和STREX指令 35
3.3.9 信號量操作指令 37
3.3.10 異常中斷產生指令 37
3.3.11 ARM協處理器指令 37
3.4 ARM指令定址方式 39
3.4.1 數據處理指令的運算元的定址方式 39
3.4.2 字及無符號位元組的Load/Store指令的定址方式 43
3.4.3 雜類Load/Store指令的定址方式 47
3.4.4 批量Load/Store指令的定址方式 49
3.4.5 協處理器Load/Store指令的定址方式 51
3.4.6 ARM指令的定址方式總結 52
3.5 ARM彙編偽操作（Directive） 53
3.5.1 符號定義偽操作 54
3.5.2 數據定義偽操作 54
3.5.3 彙編控制偽操作 56
3.5.4 棧中數據幀描述偽操作 57
3.5.5 信息報告偽操作 57
3.5.6 其他偽操作 58
3.6 ARM彙編偽指令 59
3.7 Thumb指令介紹 60
第4章 ARM處理器記憶體管理單元（MMU） 61
本章主要介紹了ARM處理器記憶體管理單元（MMU）的工作原理，Linux記憶體管理功能是通過處理器硬體MMU實現的，在沒有MMU的處理器系統中，Linux只能工作在物理地址模式，沒有虛擬（線性）地址空間的概念。
4.1 ARM處理器中CP15協處理器的暫存器 61
4.1.1 訪問CP15暫存器的指令 61
4.1.2 CP15暫存器介紹 62
4.2 MMU簡介 70
4.3 系統訪問存儲空間的過程 71
4.3.1 使能MMU時的情況 71
4.3.2 禁止MMU時的情況 71
4.3.3 使能/禁止MMU時應注意的問題 72
4.4 ARM處理器地址變換過程 72
4.4.1 MMU的一級映射描述符 73
4.4.2 MMU的二級映射描述符 74
4.4.3 基於段的地址變換過程 75
4.4.4 粗粒度大頁地址變換過程 75
4.4.5 粗粒度小頁地址變換過程 76
4.4.6 細粒度大頁地址變換過程 76
4.4.7 細粒度小頁地址變換過程 77
4.4.8 細粒度極小頁地址變換過程 77
4.5 ARM存儲空間訪問許可權控制 78
4.6 TLB操作 79
4.6.1 使TLB內容無效 79
4.6.2 鎖定TLB內容 79
4.6.3 解除TLB中被鎖定的地址變換條目 80
4.7 存儲訪問失效 80
4.7.1 MMU失效（MMU Fault） 80
4.7.2 外部存儲訪問失效（External Abort） 81
第5章 ARM處理器的Cache和Write Buffer 82
本章主要介紹了ARM處理器高速快取（Cache）和寫快取（Write Buffer）的工作原理，使讀者了解如何提高處理器的性能。
5.1 Cache和Write Buffer一般性介紹 82
5.1.1 Cache工作原理 82
5.1.2 地址映像方式 83
5.1.3 Cache寫入方式原理簡介 84
5.1.4 關於Write-through和Write-back 85
5.1.5 Cache替換策略 86
5.1.6 使用Cache的必要性 87
5.1.7 使用Cache的可行性 87
5.2 ARM處理器中的Cache和Write Buffer 88
5.2.1 基本概念 88
5.2.2 Cache工作原理 88
5.2.3 Cache地址映射和變換方法 89
5.2.4 Cache分類 90
5.2.5 Cache替換算法 91
5.2.6 Cache內容鎖定 91
5.2.7 MMU映射描述符中B位和C位的含義 92
5.2.8 Cache和Writer Buffer編程接口 93
5.3 ARM處理器的快速上下文切換技術 94
5.3.1 FCSE概述 94
5.3.2 FCSE原理 94
5.3.3 FCSE編程接口 95
第6章 ARM處理器存儲訪問一致性問題 97
本章介紹了在支持MMU、Cache和DMA的系統中可能出現的存儲訪問一致性問題，以及Linux中解決類似問題的方法。
6.1 存儲訪問一致性問題介紹 97
6.1.1 地址映射關係變化造成的數據不一致性 97
6.1.2 指令cache的數據不一致性問題 98
6.1.3 DMA造成的數據不一致問題 99
6.1.4 指令預取和自修改代碼 99
6.2 Linux中解決存儲訪問一致性問題的方法 99
第7章 ARM處理器工作模式與異常中斷處理 101
本章主要介紹了ARM處理器的工作模式和異常中斷處理過程，這是ARM處理器系統啟動程式編寫者或Bootloader開發人員的必備知識。
7.1 ARM處理器工作模式 101
7.2 ARM處理器異常中斷向量表和優先權 103
7.3 ARM處理器異常中斷處理 104
7.3.1 進入異常中斷處理 104
7.3.2 退出異常中斷處理 105
7.4 ARM處理器的中斷（IRQ或FIQ） 109
第8章 ARM處理器啟動過程 110
本章根據筆者的開發經驗介紹了ARM處理器系統的啟動過程以及編寫ARM處理器系統啟動程式需要注意的事項。
8.1 ARM處理器上電/復位操作 110
8.2 ARM處理器系統初始化過程 111
8.3 ARM處理器系統初始化編程注意事項 111
第9章 嵌入式系統設計與調試 113
本章根據筆者10多年的開發經驗介紹了嵌入式系統的設計流程和調試方法，列舉了大量筆者工作中碰到的實際案例。本章內容對於嵌入式系統硬體開發和調試有較高的參考、指導價值。
9.1 嵌入式系統設計流程 113
9.2 嵌入式系統硬體原理設計與審核 114
9.3 硬體設計工具軟體 117
9.4 嵌入式系統調試仿真工具 117
9.5 嵌入式系統調試診斷方法 118
第10章 自製簡易JTAG下載燒寫工具 123
本章根據筆者自己製作簡易JTAG線纜的經驗，介紹了簡易JTAG線纜的硬體原理和軟體流程，這是初學者必備的最廉價的工具，必須掌握。
10.1 JTAG簡介 123
10.1.1 一些基本概念 124
10.1.2 JTAG接口信號 124
10.1.3 TAP控制器的狀態機 125
10.1.4 JTAG接口指令集 129
10.2 簡易JTAG線纜原理 130
10.2.1 PC並口定義 130
10.2.2 PC並口的暫存器 131
10.2.3 簡易JTAG線纜原理圖 133
10.2.4 簡易JTAG線纜燒寫連線圖（見圖10-5） 134
10.3 簡易JTAG燒寫代碼分析 135
10.3.1 簡易JTAG燒寫程式（flashp）使用說明 135
10.3.2 flash與CPU連線及flash屬性描述檔案 136
10.3.3 簡易JTAG燒寫程式的執行邏輯和流程 138
第2部分 Linux核心開發初步
第11章 Bootloader 142
本章根據筆者的工作經驗介紹了流行的幾種Bootloader、Bootloader應該具備的基本功能以及Bootloader的裁剪與移植。
11.1 Bootloader的任務和作用 142
11.2 各種各樣的Bootloader 143
11.3 Bootloader編譯環境 144
11.4 Bootloader的移植與裁減 145
11.5 編譯Bootloader 145
11.6 燒寫Bootloader 146
11.7 Bootloader使用舉例 148
11.8 Bootloader修改舉例 149
第12章 創建嵌入式Linux開發環境 151
本章介紹了如何創建嵌入式系統Linux核心交叉開發環境，本章和後續3章的內容是嵌入式系統Linux核心開發的基礎，必須掌握。
12.1 安裝Linux host 151
12.2 在虛擬機中安裝Linux host 152
12.3 安裝Linux交叉編譯環境 157
12.4 在主機上設定TFTP Server 160
12.5 在主機上設定DHCP Server 161
12.6 在主機上設定Telnet server 161
12.7 在開發過程中使用NFS 162
12.8 設定超級終端 163
第13章 編譯Linux核心 166
本章介紹了Linux核心的配置和編譯方法。
13.1 獲取Linux核心原始碼 166
13.2 Linux核心目錄結構 166
13.3 配置Linux核心 167
13.4 編譯Linux核心 168
第14章 創建Linux根檔案系統 170
本章介紹了Linux的根檔案系統的結構以及創建根檔案系統的方法。
14.1 根檔案系統概述 170
14.2 根檔案系統目錄結構 171
14.3 獲取根檔案系統組件原始碼 171
14.4 編譯根檔案系統原始碼 171
14.5 創建一個32MB的RAMDISK根檔案系統 173
14.6 在根檔案系統中添加驅動模組或者應用程式 173
第15章 固化Linux核心和根檔案系統 174
本章介紹了固化（燒寫）Linux核心和根檔案系統的方法。
第16章 關於Clinux 176
本章簡要介紹了Clinux與標準Linux的區別。
16.1 Clinux簡介 176
16.2 Clinux原始碼目錄結構 177
16.3 Clinux與標準Linux的區別 178
16.4 編譯Clinux 179
第3部分 Linux 2.6核心原理
第17章 Linux 2.6.10@ARM啟動過程 182
本章以start_kernel()和init()函式中調用到的函式說明的方式，介紹了從Linux彙編代碼入口到init核心進程最後調用用戶空間init命令的Linux整個啟動過程。本章內容是筆者第一次閱讀Linux核心原始碼時對這些函式的注釋，僅供讀者了解start_kernel()和init()函式中調用到的每個函式的大致功能時使用。
17.1 Linux 2.6.10中與ARM處理器平台硬體相關的結構和全局變數 182
17.1.1 相關數據結構 182
17.1.2 相關全局變數 187
17.2 Linux彙編代碼入口 189
17.3 Linux彙編入口處CPU的狀態 189
17.4 start_kernel()函式之前的彙編代碼執行過程 190
17.5 start_kernel()函式中調用的函式介紹 192
17.5.1 lock_kernel()函式 192
17.5.2 page_address_init()函式 192
17.5.3 printk(linux_banner) 193
17.5.4 setup_arch(&command_line)函式 193
17.5.5 setup_per_cpu_areas()函式 198
17.5.6 smp_prepare_boot_cpu()函式 199
17.5.7 sched_init()函式 199
17.5.8 build_all_zonelists()函式 200
17.5.9 page_alloc_init()函式 200
17.5.10 printk("Kernel command line: %s\n", saved_command_line) 201
17.5.11 parse_early_param()函式 201
17.5.12 parse_args()函式 201
17.5.13 sort_main_extable()函式 202
17.5.14 trap_init()函式 202
17.5.15 rcu_init()函式 202
17.5.16 init_IRQ()函式 203
17.5.17 pidhash_init()函式 203
17.5.18 init_timers()函式 203
17.5.19 softirq_init()函式 204
17.5.20 time_init()函式 204
17.5.21 console_init()函式 205
17.5.22 profile_init()函式 206
17.5.23 local_irq_enable()函式 207
17.5.24 vfs_caches_init_early()函式 207
17.5.25 mem_init()函式 208
17.5.26 kmem_cache_init()函式 210
17.5.27 numa_policy_init()函式 225
17.5.28 calibrate_delay()函式 227
17.5.29 pidmap_init()函式 228
17.5.30 pgtable_cache_init()函式 229
17.5.31 prio_tree_init()函式 229
17.5.32 anon_vma_init()函式 229
17.5.33 fork_init(num_physpages)函式 229
17.5.34 proc_caches_init()函式 230
17.5.35 buffer_init()函式 231
17.5.36 unnamed_dev_init()函式 231
17.5.37 security_init()函式 231
17.5.38 vfs_caches_init(num_physpages)函式 232
17.5.39 radix_tree_init()函式 237
17.5.40 signals_init()函式 237
17.5.41 page_writeback_init()函式 237
17.5.42 proc_root_init()函式 238
17.5.43 check_bugs()函式 240
17.5.44 acpi_early_init()函式 244
17.5.45 rest_init()函式 244
17.6 init()進程執行過程 265
17.6.1 smp_prepare_cpus(max_cpus)函式 265
17.6.2 do_pre_smp_initcalls()函式 265
17.6.3 fixup_cpu_present_map()函式 267
17.6.4 smp_init()函式 267
17.6.5 sched_init_smp()函式 268
17.6.6 populate_rootfs()函式 268
17.6.7 do_basic_setup()函式 283
17.6.8 sys_access()函式 292
17.6.9 free_initmem()函式 301
17.6.10 unlock_kernel()函式 301
17.6.11 numa_default_policy()函式 302
17.6.12 sys_dup()函式 302
17.6.13 execve()函式 302
第18章 Linux記憶體管理 305
從本章開始，筆者將帶領讀者走進神秘的Linux核心世界。筆者在閱讀核心原始碼以及兩本相關參考書（見參考文獻）的基礎上，以自己的理解和語言總結概括了Linux核心每個組件的原理。筆者對與每個核心組件相關的關鍵數據結構和全局變數作了儘量詳盡的說明，並且對核心函式進行了詳細注釋，在向讀者灌輸理論知識的同時引導讀者自己去閱讀、分析Linux核心原始碼。本章講解了Linux核心第一大核心組件“記憶體管理”的原理和實現內幕。
18.1 Linux記憶體管理概述 305
18.1.1 Linux記憶體管理的一些基本概念 305
18.1.2 記憶體管理相關數據結構 309
18.1.3 記憶體管理相關宏和全局變數 330
18.1.4 Linux記憶體管理的任務 341
18.1.5 Linux中的物理和虛擬存儲空間布局 341
18.2 為虛擬（線性地址）存儲空間建立頁表 345
18.3 設定存儲空間的訪問控制屬性 348
18.4 Linux中的記憶體分配和釋放 350
18.4.1 在系統啟動初期申請記憶體 350
18.4.2 系統啟動之後的記憶體分配與釋放 360
第19章 Linux進程管理 480
本章講解了Linux核心第二大核心組件“進程管理”的原理和實現內幕。
19.1 進程管理概述 480
19.1.1 進程相關概念 480
19.1.2 進程分類 481
19.1.3 0號進程 481
19.1.4 1號進程 481
19.1.5 其他一些核心執行緒 482
19.1.6 進程描述符（struct task_struct） 482
19.1.7 進程狀態 482
19.1.8 進程標識符（PID） 483
19.1.9 current宏定義 484
19.1.10 進程鍊表 484
19.1.11 PID hash表和鍊表 485
19.1.12 硬體上下文（Hardware Context） 485
19.1.13 進程資源限制 485
19.1.14 進程管理相關數據結構 486
19.1.15 進程管理相關宏定義 502
19.1.16 進程管理相關全局變數 514
19.2 進程管理相關初始化 520
19.3 進程創建與刪除 529
19.4 進程調度 551
19.4.1 進程類型 553
19.4.2 進程調度類型 554
19.4.3 基本時間片計算方法 555
19.4.4 動態優先權算法 556
19.4.5 互動式進程 556
19.4.6 普通進程調度 557
19.4.7 實時進程調度 557
19.4.8 進程調度函式分析 558
19.5 進程切換 576
19.6 用戶態進程間通信 581
19.6.1 信號（Signal） 581
19.6.2 管道（pipe）和FIFO（命名管道） 627
19.6.3 進程間通信原語（System V IPC） 641
第20章 Linux檔案管理 651
本章講解了Linux核心第三大核心組件“檔案系統”的原理和實現內幕。
20.1 檔案系統概述 651
20.1.1 Linux檔案管理相關概念 652
20.1.2 Linux檔案管理相關數據結構 657
20.1.3 Linux檔案管理相關宏定義 682
20.1.4 Linux檔案管理相關全局變數 691
20.2 檔案管理相關初始化 699
20.3 檔案系統類型註冊 711
20.4 掛接檔案系統 712
20.5 檔案系統類型超級塊讀取 730
20.5.1 get_sb_single()通用超級塊讀取函式 731
20.5.2 get_sb_nodev()通用超級塊讀取函式 737
20.5.3 get_sb_bdev()通用超級塊讀取函式 738
20.5.4 get_sb_pseudo()通用超級塊讀取函式 740
20.6 路徑名查找 747
20.7 訪問檔案操作 759
20.7.1 打開檔案 759
20.7.2 關閉檔案 766
20.7.3 讀檔案 768
20.7.4 寫檔案 785
20.8 異步I/O系統調用 792
20.9 Linux特殊檔案系統 792
20.9.1 rootfs檔案系統 793
20.9.2 sysfs檔案系統 797
20.9.3 devfs設備檔案系統 800
20.9.4 bdev塊設備檔案系統 803
20.9.5 ramfs檔案系統 804
20.9.6 proc檔案系統 804
20.10 磁碟檔案系統 813
20.10.1 ext2檔案系統相關數據結構 813
20.10.2 ext2檔案系統磁碟分區格式 819
20.10.3 ext2檔案系統的各種檔案 820
20.10.4 創建ext2檔案系統 821
20.10.5 ext2檔案系統的操作方法 822
20.11 關於initramfs 824
20.11.1 initramfs概述 824
20.11.2 initramfs與initrd的區別 824
20.11.3 initramfs相關全局變數 825
20.11.4 initramfs被編譯連結的位置 825
20.11.5 initramfs檔案的生成過程 825
20.11.6 initramfs二進制檔案格式說明（cpio格式） 828
20.11.7 initramfs二進制檔案和列表檔案對照示例 829
20.11.8 initramfs利弊 830
20.12 關於initrd 830
20.12.1 initrd概述 830
20.12.2 initrd相關全局變數 831
20.13 關於gzip壓縮檔案 832
第21章 Linux模組設計 834
本章講解了Linux核心模組程式與應用程式的區別以及如何編寫和載入Linux核心模組程式。
21.1 Linux模組設計概述 834
21.2 Linux的核心空間和用戶空間 834
21.3 核心模組與應用程式的區別 835
21.4 編譯模組 837
21.5 裝載和卸載模組 837
21.6 模組層疊 838
21.7 模組版本依賴 839
21.8 模組編程示例 839
第22章 Linux系統異常中斷管理 841
本章講解了Linux核心如何管理系統異常中斷以及Linux系統調用的實現內幕。
22.1 Linux異常中斷處理 841
22.2 指令預取和數據訪問中止異常中斷處理 849
22.2.1 指令預取中止異常中斷處理 850
22.2.2 數據訪問中止異常中斷處理 858
22.3 Linux中斷處理 863
22.3.1 核心模式下的中斷處理 863
22.3.2 用戶模式下的中斷處理 867
22.4 從中斷返回 868
22.5 Linux中斷管理 869
22.5.1 Linux中斷管理相關數據結構與全局變數 870
22.5.2 Linux中斷管理初始化 872
22.5.3 安裝和卸載中斷處理程式 874
22.5.4 使能和禁止中斷 878
22.6 Linux系統調用 880
22.6.1 Linux系統調用核心實現過程 880
22.6.2 從系統調用返回 889
22.6.3 Linux系統調用用戶程式接口函式 890
22.6.4 Linux系統調用用戶接口函式與核心實現函式之間參數傳遞 899
第23章 Linux軟中斷和工作佇列 901
本章講解了Linux核心中的兩種延遲處理機制“軟中斷”和“工作佇列”的原理和實現。
23.1 概述 901
23.2 Linux軟中斷 902
23.2.1 軟中斷相關數據結構和全局變數 903
23.2.2 軟中斷初始化 904
23.2.3 軟中斷的核心操作函式do_softirq() 908
23.2.4 軟中斷看護進程執行函式ksoftirqd() 912
23.2.5 如何使用軟中斷 913
23.3 Linux工作佇列 918
23.3.1 Linux工作佇列相關數據結構和全局變數 918
23.3.2 Linux工作佇列初始化 921
23.3.3 將工作加入到工作佇列中 924
23.3.4 工作者進程執行函式worker_thread() 928
23.3.5 使用Linux工作佇列 931
第24章 Linux並發與競態 933
本章講解了Linux核心同步機制，包括幾種鎖定技術以及免鎖算法。
24.1 並發與競態概述 933
24.1.1 Linux中的並發源 934
24.1.2 競態可能導致的後果 934
24.1.3 避免競態的規則 934
24.2 消除競態的“鎖定”技術 935
24.2.1 信號量（semphore）和互斥體（mutual exclusion） 935
24.2.2 讀寫信號量（rw_semaphore） 938
24.2.3 完成量（completion） 941
24.2.4 自旋鎖（spinlock_t） 942
24.2.5 讀寫自旋鎖（rwlock_t） 946
24.2.6 使用“鎖定”技術的注意事項 949
24.3 消除競態的非“鎖定”方法 949
24.3.1 免鎖算法 949
24.3.2 原子操作 950
24.3.3 位操作 951
24.3.4 順序鎖 952
24.3.5 讀-複製-更新（Read-Copy-Update，RCU） 954
第25章 Linux設備驅動程式 958
本章講解了Linux核心第四大核心組件“設備驅動”的原理和實現內幕。同時還總結歸納了編寫各種設備驅動程式的方法和步驟。
25.1 設備驅動程式概述 958
25.1.1 設備驅動程式組成部分 959
25.1.2 設備號 959
25.1.3 設備檔案 960
25.1.4 編寫設備驅動程式的關鍵 961
25.2 字元設備驅動程式 961
25.2.1 字元設備相關數據結構 961
25.2.2 字元設備相關全局變數 963
25.2.3 字元設備驅動程式全局初始化 963
25.2.4 為字元設備分配設備號 964
25.2.5 註冊字元設備驅動程式 968
25.2.6 字元設備的操作方法 971
25.2.7 用戶對字元設備驅動程式的調用過程 972
25.2.8 如何編寫字元設備驅動程式 974
25.2.9 關於TTY設備驅動程式 974
25.2.10 控制台設備驅動程式 975
25.3 塊設備驅動程式 986
25.3.1 塊設備相關數據結構 986
25.3.2 塊設備相關宏定義 997
25.3.3 塊設備相關全局變數 999
25.3.4 塊設備驅動程式全局初始化 1004
25.3.5 為塊設備分配主設備號 1006
25.3.6 註冊塊設備驅動程式 1009
25.3.7 塊設備驅動程式的操作方法 1017
25.3.8 調用塊設備驅動程式過程 1017
25.3.9 I/O調度 1031
25.3.10 如何編寫塊設備驅動程式 1032
25.4 網路設備驅動程式 1033
25.4.1 網路設備驅動程式概述 1033
25.4.2 網路設備相關數據結構 1034
25.4.3 網路設備相關宏定義 1044
25.4.4 網路設備相關全局變數 1045
25.4.5 創建net_device結構 1046
25.4.6 註冊網路設備 1048
25.4.7 網路設備的操作方法 1050
25.4.8 網路設備中斷服務程式 1051
25.4.9 如何編寫網路設備驅動程式 1051
25.5 PCI設備驅動程式 1052
25.5.1 PCI接口定義 1053
25.5.2 PCI設備的三個地址空間 1057
25.5.3 PCI匯流排仲裁 1058
25.5.4 PCI設備編號 1059
25.5.5 如何訪問PCI配置空間 1059
25.5.6 如何配置PCI設備 1061
25.5.7 PCI驅動程式相關數據結構 1062
25.5.8 PCI驅動程式相關宏定義 1068
25.5.9 PCI驅動程式相關全局變數 1068
25.5.10 Bootloader和核心做的事 1069
25.5.11 PCI驅動程式註冊 1069
25.5.12 PCI驅動程式接口函式 1071
25.5.13 如何編寫PCI驅動程式 1072
第4部分 Linux核心開發高級指南
第26章 Linux系統參數設定 1076
從本章開始的後續章節主要講解了比較高級或者平時較少關注的Linux核心方面的知識，本章講解了Linux中的4種系統參數格式和設定方法。
26.1 旗語系統參數（tag） 1076
26.1.1 與旗語系統參數相關數據結構和全局變數 1076
26.1.2 旗語系統參數說明 1082
26.1.3 旗語系統參數設定方法 1084
26.2 前期命令行設定的系統參數 1084
26.2.1 與前期命令行系統參數相關數據結構和全局變數 1084
26.2.2 前期命令行設定的系統參數說明 1085
26.2.3 前期命令行系統參數設定方法 1086
26.2.4 如何添加自己的前期命令行設定的系統參數 1087
26.3 老式命令行系統參數 1087
26.3.1 與老式命令行系統參數相關數據結構和全局變數 1087
26.3.2 老式命令行設定的系統參數說明 1088
26.3.3 老式命令行設定的系統參數設定方法 1089
26.3.4 如何添加自己的老式命令行設定的系統參數 1089
26.4 命令行系統參數 1089
26.4.1 與命令行系統參數相關數據結構和全局變數 1089
26.4.2 命令行設定的系統參數說明 1090
26.4.3 命令行設定的系統參數設定方法 1090
第27章 Linux核心調試 1091
本章介紹了Linux核心的調試方法。
27.1 打開Linux核心及其各模組自帶的調試開關 1091
27.2 核心剖析（Profiling） 1093
27.3 通過列印調試（printk） 1095
27.3.1 關於printk() 1095
27.3.2 核心信息級別 1096
27.3.3 列印速度限制 1097
27.3.4 控制台重定向 1098
27.4 使用proc檔案系統調試 1098
27.5 oops訊息 1098
27.6 通過跟蹤命令strace調試 1099
27.7 使用gdb、kdb、kgdb調試 1099
第28章 Linux核心移植 1101
本章介紹了Linux核心的移植方法。
第29章 Linux核心最佳化 1104
本章介紹了Linux核心的最佳化方法。
29.1 編譯最佳化 1104
29.2 根據CPU特性進行最佳化 1105
29.3 對核心進行裁減 1105
29.4 最佳化系統記憶體配置 1106
29.5 最佳化系統啟動過程以縮減系統啟動時間 1106
29.6 記憶體映射最佳化 1107
29.7 工具軟體輔助最佳化 1107
第30章 Linux定時器 1109
本章介紹了Linux核心的軟體定時器。
30.1 定時器相關數據結構 1109
30.2 定時器相關宏定義 1111
30.3 定時器相關全局變數 1112
30.4 定時器和時鐘初始化 1113
30.5 獲取系統時間 1114
30.6 延遲函式 1115
30.7 與定時器相關係統調用 1115
30.8 使用定時器方法 1116
第31章 雜項 1117
本章介紹了PER_CPU變數以及Linux中的數據類型定義。
31.1 per_cpu變數 1117
31.2 Linux中的數據類型定義 1118
第32章 編譯連結檔案說明 1119
本章注釋了ARM處理器系統中Linux核心的連結檔案，以幫助讀者了解編譯出來的Linux核心各區段在記憶體中的存放位置。
參考文獻 1125
前言（序）
2007年8月，我從上家公司辭職出來，放棄了剛上市公司骨幹中層幹部的職位，放棄了豐厚的待遇。
自1996年畢業以來，我一直從事嵌入式系統和Linux核心一線技術開發工作，我所承擔的任務和項目基本都是由自己獨立完成，即使擔任了硬體部主管或技術總監職務，我對自己專長的工作仍是親歷親為的。一方面，自己熱愛這項工作，每攻克一個難題都能體驗到莫大的成就感（相信技術工程師都有過這種體會）；另一方面，目前國內做嵌入式系統和Linux核心開發的工程師供不應求，水平高的更是奇缺，相關職位的待遇相對其他職位的偏高，少招一個新員工就為公司節省一筆開支，減輕一份負擔，所以對於比較簡單和事務性的工作我會安排給其他員工，而難度大的工作我幾乎都親自上陣。我習慣加班，來了興致甚至通宵達旦，憑著這股幹勁，經過多年實踐積累，自己常能在短時間內解決很多人長時間沒有解決的問題。在我工作中接觸到Linux之初，為了更好更深入地學習嵌入式系統和Linux核心開發技能，我在業餘時間自己花錢設計製作了MC68VZ328和S3C4510兩種開發板以及簡易JTAG下載、燒寫線纜，並成功移植、固化Clinux到這兩個開發板上——到目前為止，我已經在當今流行的各種嵌入式硬體平台（包括單片機、MC68K、PowerPC、ARM、MIPS、DSP）和嵌入式作業系統（包括VRTX、VxWorks、PSOS、Linux）上都做過實際開發工作，編寫、移植或者調試過UART、Ethernet、I2C、HDLC+E1、LCD、Keyboard、VFD、SCSI、SATA、IDE、CVBS、VGA、PCI、USB等接口和設備的驅動程式。
在與Linux打交道的這么多年裡，我一心想把這個開放源碼的優秀作業系統吃透，並理所當然地覺得，隨著時間的推移和所做項目的增多，自己一定會逐漸認識Linux核心的真實面目；可是一直以來，每當我想在腦海中對Linux核心各組件及其原理進行全面系統概括描述時卻總是如鯁在喉，不得其解，這讓我心裡一直潛藏著一絲隱憂和茫然：由於不了解Linux核心原理，儘管自己能憑藉10多年的工作經驗通過適當方法很快把任務完成、把難題解決，但卻不能在碰到難題一開始就從原理上把握應該從哪兒下手，怎樣做、做什麼，缺乏全局預見性和高瞻遠矚的能力，這種心中“沒底”的感覺驅使我去更深入鑽研、發掘，去力爭做到心中“有底”；這也讓我意識到，雖然經過10多年的勤奮工作，自己已經積累了足夠的工作經驗，不過由於平時很少閱讀理論書籍和Linux核心原始碼，Linux核心原理知識並沒有像我原來想像的那樣自然而然地裝進自己的大腦，所以自己的理論水平仍然很欠缺，要想提高就必須經過一個艱苦的沉澱過程；由於平時工作忙、任務緊，我很少有時間來做系統的總結和歸納，在這種情況下，出於對公司和自己負責任考慮，我決定辭去工作，在家專心、系統研讀Linux核心原始碼，同時也對自己10多年的工作進行一次全面概括和總結。
我花了半年多時間閱讀針對ARM處理器平台的Linux 2.6.10核心原始碼，記了2000多頁的原始碼閱讀筆記和心得。2008年4月，我在家坐不住想去找工作——辭職前，我常開車去兜風或帶家人郊遊，辭職後不久，為了節省支出，我把車賣了，這半年多時間裡，我除了早晨出去鍛鍊外，一天難得出門，沒有娛樂，沒有朋友交流，沒有旅遊，這對於一個身處物慾橫流的繁華都市鬧市區的人來說會是一種怎樣的生活體驗呢？更何況對於英俊瀟灑、才華橫溢、熱情好動的本人呢（）——於是我在腦海中總結半年多來的學習成果和收穫，雖然感覺眼前比以前亮堂了許多，但仍是朦朦朧朧，似是而非，不得已只好強迫自己繼續坐下去。我把以前的工作筆記、工作總結、自製的開發板全部找出來，又買了幾本介紹Linux核心原理、驅動程式編寫方面的理論書籍，把所有這些與半年多來閱讀Linux 2.6核心原始碼的筆記和心得進行交叉學習，相互印證，加深理解，同時對這些資料再次進行總結、歸納、記筆記、寫心得；到2008年6月，當我再次回頭清理頭緒，翻看新的筆記時，頓然感覺Linux 2.6核心的輪廓漸漸清晰起來，我很興奮並突發想像：何不將新的筆記、心得整理完善一下，那樣不就可以編輯成一本介紹嵌入式系統硬體原理及軟硬體設計流程與方法、嵌入式Linux核心原理及開發方法與技能、常見設備工作原理及其驅動程式的編寫方法的完整的書了？聯想到現在越來越多的年輕人開始熱衷於嵌入式系統Linux核心開發這項高科技、高薪工作，卻苦於找不到一本從實戰出發全面深入介紹這方面技術的指導書，他們有的不惜花重金去參加培訓，可是當這些培訓後的部分人到我那面試時，我卻發現他們所學甚淺，不懂原理，只知道操作流程，有的甚至連基本的流程都不熟悉；加上以前在一些嵌入式系統和Linux論壇中看到很多網友呼籲有經驗的開發人員把自己的工作經驗總結一下寫出來供大家參考，這更讓我有了寫這本書的衝動。於是我又耐心坐了3個多月，繼續總結、歸納、提煉、整理、完善，到了2008年9月，原來的筆記和心得就濃縮成了《嵌入式系統Linux核心開發實戰指南（ARM平台）》，我也實現了一次自我超越，從“摸著石頭過河”的尷尬與無奈走向了“不管風吹浪打，勝似閒庭信步”的瀟灑與從容！
