标题：嵌入式系统Linux内核开发实战指南
图书信息
作　者：王洪辉 编著  出 版 社： 电子工业出版社
出版时间： 2009-1-1
页　数：1156页
开　本： 16开
ISBN 9787121079191
分类： 图书>> 计算机/嵌入式系统开发>>ARM
定价：￥168.00元（含光盘1张）
宣传语
技术总监辞职一年精心写作！
●作者希望认识技术水平超越本书内容的顶尖专家
●对于经验非常丰富的高手，可以参照详细目录直接阅读代码透析Linux内核实现原理的相关章节
●对于入行多年的工程师，本书包含作者10多年的实战经验与技能，让你遇到难题不求人
●对于刚起步的初学者，本书详细介绍了嵌入式Linux开发流程和方法，让你快速入门，不走弯路
内容简介
作者根据自己反复阅读Linux2.6内核源代码和Linux内核参考书的笔记与心得，用很大篇幅深入剖析了Linux内核的组成结构以及各组件的实现原理，在阐述理论的同时对内核源代码进行详细注释，这样既加深了对Linux内核原理的理解，又可引导读者自行阅读、分析内核源代码；
该书共32章，分为四部分，每一部分的内容既相互独立，又彼此关联，读者可以根据自己的实际情况有选择地阅读，不必严格依照书中的章节顺序。
作者简介
王洪辉，江西丰城人，1996年毕业于华北航天工业学院，被分配到中航北京青云航空仪表公司工作，2000年从青云离职后先后在6家公司工作过；作者一直从事嵌入式系统Linux内核开发工作，在当今各种流行的嵌入式处理器平台和操作系统上都做过开发，编写、移植或者调试过各种设备、接口的驱动程序；作者在职期间即使担任硬件部主管或技术总监职务，只要有时间仍坚持亲自参与一线技术开发工作，积累经验，精益求精，是嵌入式系统Linux内核开发领域名副其实的技术专家；现在作者主要从事嵌入式系统Linux内核研究与教学工作，并计划将来组织开发自己的操作系统。
目录
第1部分 嵌入式系统硬件开发
第1章 嵌入式系统概述 2
这一章对嵌入式系统的概念及其特点和应用作了概括介绍，笔者根据自己多年的经验阐述了对嵌入式系统的理解，并对一些常见的嵌入式处理器的硬件数据进行了比较。
1.1 嵌入式系统概念 2
1.2 嵌入式处理器 3
1.3 嵌入式系统应用 4
1.4 嵌入式系统发展 4
1.5 一些嵌入式处理器的硬件特性比较 5
第2章 ARM处理器概述 16
为了使本书内容完整，从第2章到第7章中的内容大部分是笔者阅读《ARM体系结构与编程》（详情参见附录中的参考文献）的笔记和心得，把与嵌入式系统开发和Linux内核密切相关的硬件知识进行了概括和整理，本章主要介绍了ARM处理器的特点、ARM处理器的体系架构版本和ARM处理器系列。
2.1 ARM发展历程 16
2.2 ARM处理器特点 17
2.3 ARM处理器应用 17
2.4 ARM体系架构 18
2.4.1 ARM体系架构版本 18
2.4.2 ARM体系架构变种（Variant） 20
2.4.3 ARM体系架构版本命名格式 22
2.5 ARM处理器 22
2.5.1 ARM7系列处理器 23
2.5.2 ARM9系列处理器 24
2.5.3 ARM9E系列处理器 24
2.5.4 ARM10E系列处理器 25
2.5.5 SecurCore系列处理器 25
2.5.6 StrongARM处理器 26
2.5.7 Xscale处理器 26
第3章 ARM指令及其寻址方式 27
本章主要介绍了ARM处理器的指令和寻址方式以及ARM汇编伪指令，这是做ARM处理器应用系统底层软件开发必备的知识。
3.1 ARM处理器的程序状态寄存器（PSR） 27
3.2 ARM指令的条件码 28
3.3 ARM指令介绍 29
3.3.1 跳转指令 29
3.3.2 数据处理指令 30
3.3.3 乘法指令 31
3.3.4 杂类算术指令 32
3.3.5 状态寄存器访问指令 32
3.3.6 Load/Store内存访问指令 33
3.3.7 批量Load/Store内存访问指令 34
3.3.8 LDREX和STREX指令 35
3.3.9 信号量操作指令 37
3.3.10 异常中断产生指令 37
3.3.11 ARM协处理器指令 37
3.4 ARM指令寻址方式 39
3.4.1 数据处理指令的操作数的寻址方式 39
3.4.2 字及无符号字节的Load/Store指令的寻址方式 43
3.4.3 杂类Load/Store指令的寻址方式 47
3.4.4 批量Load/Store指令的寻址方式 49
3.4.5 协处理器Load/Store指令的寻址方式 51
3.4.6 ARM指令的寻址方式总结 52
3.5 ARM汇编伪操作（Directive） 53
3.5.1 符号定义伪操作 54
3.5.2 数据定义伪操作 54
3.5.3 汇编控制伪操作 56
3.5.4 栈中数据帧描述伪操作 57
3.5.5 信息报告伪操作 57
3.5.6 其他伪操作 58
3.6 ARM汇编伪指令 59
3.7 Thumb指令介绍 60
第4章 ARM处理器内存管理单元（MMU） 61
本章主要介绍了ARM处理器内存管理单元（MMU）的工作原理，Linux内存管理功能是通过处理器硬件MMU实现的，在没有MMU的处理器系统中，Linux只能工作在物理地址模式，没有虚拟（线性）地址空间的概念。
4.1 ARM处理器中CP15协处理器的寄存器 61
4.1.1 访问CP15寄存器的指令 61
4.1.2 CP15寄存器介绍 62
4.2 MMU简介 70
4.3 系统访问存储空间的过程 71
4.3.1 使能MMU时的情况 71
4.3.2 禁止MMU时的情况 71
4.3.3 使能/禁止MMU时应注意的问题 72
4.4 ARM处理器地址变换过程 72
4.4.1 MMU的一级映射描述符 73
4.4.2 MMU的二级映射描述符 74
4.4.3 基于段的地址变换过程 75
4.4.4 粗粒度大页地址变换过程 75
4.4.5 粗粒度小页地址变换过程 76
4.4.6 细粒度大页地址变换过程 76
4.4.7 细粒度小页地址变换过程 77
4.4.8 细粒度极小页地址变换过程 77
4.5 ARM存储空间访问权限控制 78
4.6 TLB操作 79
4.6.1 使TLB内容无效 79
4.6.2 锁定TLB内容 79
4.6.3 解除TLB中被锁定的地址变换条目 80
4.7 存储访问失效 80
4.7.1 MMU失效（MMU Fault） 80
4.7.2 外部存储访问失效（External Abort） 81
第5章 ARM处理器的Cache和Write Buffer 82
本章主要介绍了ARM处理器高速缓存（Cache）和写缓存（Write Buffer）的工作原理，使读者了解如何提高处理器的性能。
5.1 Cache和Write Buffer一般性介绍 82
5.1.1 Cache工作原理 82
5.1.2 地址映像方式 83
5.1.3 Cache写入方式原理简介 84
5.1.4 关于Write-through和Write-back 85
5.1.5 Cache替换策略 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处理器中的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地址映射和变换方法 89
5.2.4 Cache分类 90
5.2.5 Cache替换算法 91
5.2.6 Cache内容锁定 91
5.2.7 MMU映射描述符中B位和C位的含义 92
5.2.8 Cache和Writer Buffer编程接口 93
5.3 ARM处理器的快速上下文切换技术 94
5.3.1 FCSE概述 94
5.3.2 FCSE原理 94
5.3.3 FCSE编程接口 95
第6章 ARM处理器存储访问一致性问题 97
本章介绍了在支持MMU、Cache和DMA的系统中可能出现的存储访问一致性问题，以及Linux中解决类似问题的方法。
6.1 存储访问一致性问题介绍 97
6.1.1 地址映射关系变化造成的数据不一致性 97
6.1.2 指令cache的数据不一致性问题 98
6.1.3 DMA造成的数据不一致问题 99
6.1.4 指令预取和自修改代码 99
6.2 Linux中解决存储访问一致性问题的方法 99
第7章 ARM处理器工作模式与异常中断处理 101
本章主要介绍了ARM处理器的工作模式和异常中断处理过程，这是ARM处理器系统启动程序编写者或Bootloader开发人员的必备知识。
7.1 ARM处理器工作模式 101
7.2 ARM处理器异常中断向量表和优先级 103
7.3 ARM处理器异常中断处理 104
7.3.1 进入异常中断处理 104
7.3.2 退出异常中断处理 105
7.4 ARM处理器的中断（IRQ或FIQ） 109
第8章 ARM处理器启动过程 110
本章根据笔者的开发经验介绍了ARM处理器系统的启动过程以及编写ARM处理器系统启动程序需要注意的事项。
8.1 ARM处理器上电/复位操作 110
8.2 ARM处理器系统初始化过程 111
8.3 ARM处理器系统初始化编程注意事项 111
第9章 嵌入式系统设计与调试 113
本章根据笔者10多年的开发经验介绍了嵌入式系统的设计流程和调试方法，列举了大量笔者工作中碰到的实际案例。本章内容对于嵌入式系统硬件开发和调试有较高的参考、指导价值。
9.1 嵌入式系统设计流程 113
9.2 嵌入式系统硬件原理设计与审核 114
9.3 硬件设计工具软件 117
9.4 嵌入式系统调试仿真工具 117
9.5 嵌入式系统调试诊断方法 118
第10章 自制简易JTAG下载烧写工具 123
本章根据笔者自己制作简易JTAG线缆的经验，介绍了简易JTAG线缆的硬件原理和软件流程，这是初学者必备的最廉价的工具，必须掌握。
10.1 JTAG简介 123
10.1.1 一些基本概念 124
10.1.2 JTAG接口信号 124
10.1.3 TAP控制器的状态机 125
10.1.4 JTAG接口指令集 129
10.2 简易JTAG线缆原理 130
10.2.1 PC并口定义 130
10.2.2 PC并口的寄存器 131
10.2.3 简易JTAG线缆原理图 133
10.2.4 简易JTAG线缆烧写连接图（见图10-5） 134
10.3 简易JTAG烧写代码分析 135
10.3.1 简易JTAG烧写程序（flashp）使用说明 135
10.3.2 flash与CPU连接及flash属性描述文件 136
10.3.3 简易JTAG烧写程序的执行逻辑和流程 138
第2部分 Linux内核开发初步
第11章 Bootloader 142
本章根据笔者的工作经验介绍了流行的几种Bootloader、Bootloader应该具备的基本功能以及Bootloader的裁剪与移植。
11.1 Bootloader的任务和作用 142
11.2 各种各样的Bootloader 143
11.3 Bootloader编译环境 144
11.4 Bootloader的移植与裁减 145
11.5 编译Bootloader 145
11.6 烧写Bootloader 146
11.7 Bootloader使用举例 148
11.8 Bootloader修改举例 149
第12章 创建嵌入式Linux开发环境 151
本章介绍了如何创建嵌入式系统Linux内核交叉开发环境，本章和后续3章的内容是嵌入式系统Linux内核开发的基础，必须掌握。
12.1 安装Linux host 151
12.2 在虚拟机中安装Linux host 152
12.3 安装Linux交叉编译环境 157
12.4 在主机上设置TFTP Server 160
12.5 在主机上设置DHCP Server 161
12.6 在主机上设置Telnet server 161
12.7 在开发过程中使用NFS 162
12.8 设置超级终端 163
第13章 编译Linux内核 166
本章介绍了Linux内核的配置和编译方法。
13.1 获取Linux内核源代码 166
13.2 Linux内核目录结构 166
13.3 配置Linux内核 167
13.4 编译Linux内核 168
第14章 创建Linux根文件系统 170
本章介绍了Linux的根文件系统的结构以及创建根文件系统的方法。
14.1 根文件系统概述 170
14.2 根文件系统目录结构 171
14.3 获取根文件系统组件源代码 171
14.4 编译根文件系统源代码 171
14.5 创建一个32MB的RAMDISK根文件系统 173
14.6 在根文件系统中添加驱动模块或者应用程序 173
第15章 固化Linux内核和根文件系统 174
本章介绍了固化（烧写）Linux内核和根文件系统的方法。
第16章 关于Clinux 176
本章简要介绍了Clinux与标准Linux的区别。
16.1 Clinux简介 176
16.2 Clinux源代码目录结构 177
16.3 Clinux与标准Linux的区别 178
16.4 编译Clinux 179
第3部分 Linux 2.6内核原理
第17章 Linux 2.6.10@ARM启动过程 182
本章以start_kernel()和init()函数中调用到的函数说明的方式，介绍了从Linux汇编代码入口到init内核进程最后调用用户空间init命令的Linux整个启动过程。本章内容是笔者第一次阅读Linux内核源代码时对这些函数的注释，仅供读者了解start_kernel()和init()函数中调用到的每个函数的大致功能时使用。
17.1 Linux 2.6.10中与ARM处理器平台硬件相关的结构和全局变量 182
17.1.1 相关数据结构 182
17.1.2 相关全局变量 187
17.2 Linux汇编代码入口 189
17.3 Linux汇编入口处CPU的状态 189
17.4 start_kernel()函数之前的汇编代码执行过程 190
17.5 start_kernel()函数中调用的函数介绍 192
17.5.1 lock_kernel()函数 192
17.5.2 page_address_init()函数 192
17.5.3 printk(linux_banner) 193
17.5.4 setup_arch(&command_line)函数 193
17.5.5 setup_per_cpu_areas()函数 198
17.5.6 smp_prepare_boot_cpu()函数 199
17.5.7 sched_init()函数 199
17.5.8 build_all_zonelists()函数 200
17.5.9 page_alloc_init()函数 200
17.5.10 printk("Kernel command line: %s\n", saved_command_line) 201
17.5.11 parse_early_param()函数 201
17.5.12 parse_args()函数 201
17.5.13 sort_main_extable()函数 202
17.5.14 trap_init()函数 202
17.5.15 rcu_init()函数 202
17.5.16 init_IRQ()函数 203
17.5.17 pidhash_init()函数 203
17.5.18 init_timers()函数 203
17.5.19 softirq_init()函数 204
17.5.20 time_init()函数 204
17.5.21 console_init()函数 205
17.5.22 profile_init()函数 206
17.5.23 local_irq_enable()函数 207
17.5.24 vfs_caches_init_early()函数 207
17.5.25 mem_init()函数 208
17.5.26 kmem_cache_init()函数 210
17.5.27 numa_policy_init()函数 225
17.5.28 calibrate_delay()函数 227
17.5.29 pidmap_init()函数 228
17.5.30 pgtable_cache_init()函数 229
17.5.31 prio_tree_init()函数 229
17.5.32 anon_vma_init()函数 229
17.5.33 fork_init(num_physpages)函数 229
17.5.34 proc_caches_init()函数 230
17.5.35 buffer_init()函数 231
17.5.36 unnamed_dev_init()函数 231
17.5.37 security_init()函数 231
17.5.38 vfs_caches_init(num_physpages)函数 232
17.5.39 radix_tree_init()函数 237
17.5.40 signals_init()函数 237
17.5.41 page_writeback_init()函数 237
17.5.42 proc_root_init()函数 238
17.5.43 check_bugs()函数 240
17.5.44 acpi_early_init()函数 244
17.5.45 rest_init()函数 244
17.6 init()进程执行过程 265
17.6.1 smp_prepare_cpus(max_cpus)函数 265
17.6.2 do_pre_smp_initcalls()函数 265
17.6.3 fixup_cpu_present_map()函数 267
17.6.4 smp_init()函数 267
17.6.5 sched_init_smp()函数 268
17.6.6 populate_rootfs()函数 268
17.6.7 do_basic_setup()函数 283
17.6.8 sys_access()函数 292
17.6.9 free_initmem()函数 301
17.6.10 unlock_kernel()函数 301
17.6.11 numa_default_policy()函数 302
17.6.12 sys_dup()函数 302
17.6.13 execve()函数 302
第18章 Linux内存管理 305
从本章开始，笔者将带领读者走进神秘的Linux内核世界。笔者在阅读内核源代码以及两本相关参考书（见参考文献）的基础上，以自己的理解和语言总结概括了Linux内核每个组件的原理。笔者对与每个内核组件相关的关键数据结构和全局变量作了尽量详尽的说明，并且对核心函数进行了详细注释，在向读者灌输理论知识的同时引导读者自己去阅读、分析Linux内核源代码。本章讲解了Linux内核第一大核心组件“内存管理”的原理和实现内幕。
18.1 Linux内存管理概述 305
18.1.1 Linux内存管理的一些基本概念 305
18.1.2 内存管理相关数据结构 309
18.1.3 内存管理相关宏和全局变量 330
18.1.4 Linux内存管理的任务 341
18.1.5 Linux中的物理和虚拟存储空间布局 341
18.2 为虚拟（线性地址）存储空间建立页表 345
18.3 设置存储空间的访问控制属性 348
18.4 Linux中的内存分配和释放 350
18.4.1 在系统启动初期申请内存 350
18.4.2 系统启动之后的内存分配与释放 360
第19章 Linux进程管理 480
本章讲解了Linux内核第二大核心组件“进程管理”的原理和实现内幕。
19.1 进程管理概述 480
19.1.1 进程相关概念 480
19.1.2 进程分类 481
19.1.3 0号进程 481
19.1.4 1号进程 481
19.1.5 其他一些内核线程 482
19.1.6 进程描述符（struct task_struct） 482
19.1.7 进程状态 482
19.1.8 进程标识符（PID） 483
19.1.9 current宏定义 484
19.1.10 进程链表 484
19.1.11 PID hash表和链表 485
19.1.12 硬件上下文（Hardware Context） 485
19.1.13 进程资源限制 485
19.1.14 进程管理相关数据结构 486
19.1.15 进程管理相关宏定义 502
19.1.16 进程管理相关全局变量 514
19.2 进程管理相关初始化 520
19.3 进程创建与删除 529
19.4 进程调度 551
19.4.1 进程类型 553
19.4.2 进程调度类型 554
19.4.3 基本时间片计算方法 555
19.4.4 动态优先级算法 556
19.4.5 交互式进程 556
19.4.6 普通进程调度 557
19.4.7 实时进程调度 557
19.4.8 进程调度函数分析 558
19.5 进程切换 576
19.6 用户态进程间通信 581
19.6.1 信号（Signal） 581
19.6.2 管道（pipe）和FIFO（命名管道） 627
19.6.3 进程间通信原语（System V IPC） 641
第20章 Linux文件管理 651
本章讲解了Linux内核第三大核心组件“文件系统”的原理和实现内幕。
20.1 文件系统概述 651
20.1.1 Linux文件管理相关概念 652
20.1.2 Linux文件管理相关数据结构 657
20.1.3 Linux文件管理相关宏定义 682
20.1.4 Linux文件管理相关全局变量 691
20.2 文件管理相关初始化 699
20.3 文件系统类型注册 711
20.4 挂接文件系统 712
20.5 文件系统类型超级块读取 730
20.5.1 get_sb_single()通用超级块读取函数 731
20.5.2 get_sb_nodev()通用超级块读取函数 737
20.5.3 get_sb_bdev()通用超级块读取函数 738
20.5.4 get_sb_pseudo()通用超级块读取函数 740
20.6 路径名查找 747
20.7 访问文件操作 759
20.7.1 打开文件 759
20.7.2 关闭文件 766
20.7.3 读文件 768
20.7.4 写文件 785
20.8 异步I/O系统调用 792
20.9 Linux特殊文件系统 792
20.9.1 rootfs文件系统 793
20.9.2 sysfs文件系统 797
20.9.3 devfs设备文件系统 800
20.9.4 bdev块设备文件系统 803
20.9.5 ramfs文件系统 804
20.9.6 proc文件系统 804
20.10 磁盘文件系统 813
20.10.1 ext2文件系统相关数据结构 813
20.10.2 ext2文件系统磁盘分区格式 819
20.10.3 ext2文件系统的各种文件 820
20.10.4 创建ext2文件系统 821
20.10.5 ext2文件系统的操作方法 822
20.11 关于initramfs 824
20.11.1 initramfs概述 824
20.11.2 initramfs与initrd的区别 824
20.11.3 initramfs相关全局变量 825
20.11.4 initramfs被编译链接的位置 825
20.11.5 initramfs文件的生成过程 825
20.11.6 initramfs二进制文件格式说明（cpio格式） 828
20.11.7 initramfs二进制文件和列表文件对照示例 829
20.11.8 initramfs利弊 830
20.12 关于initrd 830
20.12.1 initrd概述 830
20.12.2 initrd相关全局变量 831
20.13 关于gzip压缩文件 832
第21章 Linux模块设计 834
本章讲解了Linux内核模块程序与应用程序的区别以及如何编写和加载Linux内核模块程序。
21.1 Linux模块设计概述 834
21.2 Linux的内核空间和用户空间 834
21.3 内核模块与应用程序的区别 835
21.4 编译模块 837
21.5 装载和卸载模块 837
21.6 模块层叠 838
21.7 模块版本依赖 839
21.8 模块编程示例 839
第22章 Linux系统异常中断管理 841
本章讲解了Linux内核如何管理系统异常中断以及Linux系统调用的实现内幕。
22.1 Linux异常中断处理 841
22.2 指令预取和数据访问中止异常中断处理 849
22.2.1 指令预取中止异常中断处理 850
22.2.2 数据访问中止异常中断处理 858
22.3 Linux中断处理 863
22.3.1 内核模式下的中断处理 863
22.3.2 用户模式下的中断处理 867
22.4 从中断返回 868
22.5 Linux中断管理 869
22.5.1 Linux中断管理相关数据结构与全局变量 870
22.5.2 Linux中断管理初始化 872
22.5.3 安装和卸载中断处理程序 874
22.5.4 使能和禁止中断 878
22.6 Linux系统调用 880
22.6.1 Linux系统调用内核实现过程 880
22.6.2 从系统调用返回 889
22.6.3 Linux系统调用用户程序接口函数 890
22.6.4 Linux系统调用用户接口函数与内核实现函数之间参数传递 899
第23章 Linux软中断和工作队列 901
本章讲解了Linux内核中的两种延迟处理机制“软中断”和“工作队列”的原理和实现。
23.1 概述 901
23.2 Linux软中断 902
23.2.1 软中断相关数据结构和全局变量 903
23.2.2 软中断初始化 904
23.2.3 软中断的核心操作函数do_softirq() 908
23.2.4 软中断看护进程执行函数ksoftirqd() 912
23.2.5 如何使用软中断 913
23.3 Linux工作队列 918
23.3.1 Linux工作队列相关数据结构和全局变量 918
23.3.2 Linux工作队列初始化 921
23.3.3 将工作加入到工作队列中 924
23.3.4 工作者进程执行函数worker_thread() 928
23.3.5 使用Linux工作队列 931
第24章 Linux并发与竞态 933
本章讲解了Linux内核同步机制，包括几种锁定技术以及免锁算法。
24.1 并发与竞态概述 933
24.1.1 Linux中的并发源 934
24.1.2 竞态可能导致的后果 934
24.1.3 避免竞态的规则 934
24.2 消除竞态的“锁定”技术 935
24.2.1 信号量（semphore）和互斥体（mutual exclusion） 935
24.2.2 读写信号量（rw_semaphore） 938
24.2.3 完成量（completion） 941
24.2.4 自旋锁（spinlock_t） 942
24.2.5 读写自旋锁（rwlock_t） 946
24.2.6 使用“锁定”技术的注意事项 949
24.3 消除竞态的非“锁定”方法 949
24.3.1 免锁算法 949
24.3.2 原子操作 950
24.3.3 位操作 951
24.3.4 顺序锁 952
24.3.5 读-复制-更新（Read-Copy-Update，RCU） 954
第25章 Linux设备驱动程序 958
本章讲解了Linux内核第四大核心组件“设备驱动”的原理和实现内幕。同时还总结归纳了编写各种设备驱动程序的方法和步骤。
25.1 设备驱动程序概述 958
25.1.1 设备驱动程序组成部分 959
25.1.2 设备号 959
25.1.3 设备文件 960
25.1.4 编写设备驱动程序的关键 961
25.2 字符设备驱动程序 961
25.2.1 字符设备相关数据结构 961
25.2.2 字符设备相关全局变量 963
25.2.3 字符设备驱动程序全局初始化 963
25.2.4 为字符设备分配设备号 964
25.2.5 注册字符设备驱动程序 968
25.2.6 字符设备的操作方法 971
25.2.7 用户对字符设备驱动程序的调用过程 972
25.2.8 如何编写字符设备驱动程序 974
25.2.9 关于TTY设备驱动程序 974
25.2.10 控制台设备驱动程序 975
25.3 块设备驱动程序 986
25.3.1 块设备相关数据结构 986
25.3.2 块设备相关宏定义 997
25.3.3 块设备相关全局变量 999
25.3.4 块设备驱动程序全局初始化 1004
25.3.5 为块设备分配主设备号 1006
25.3.6 注册块设备驱动程序 1009
25.3.7 块设备驱动程序的操作方法 1017
25.3.8 调用块设备驱动程序过程 1017
25.3.9 I/O调度 1031
25.3.10 如何编写块设备驱动程序 1032
25.4 网络设备驱动程序 1033
25.4.1 网络设备驱动程序概述 1033
25.4.2 网络设备相关数据结构 1034
25.4.3 网络设备相关宏定义 1044
25.4.4 网络设备相关全局变量 1045
25.4.5 创建net_device结构 1046
25.4.6 注册网络设备 1048
25.4.7 网络设备的操作方法 1050
25.4.8 网络设备中断服务程序 1051
25.4.9 如何编写网络设备驱动程序 1051
25.5 PCI设备驱动程序 1052
25.5.1 PCI接口定义 1053
25.5.2 PCI设备的三个地址空间 1057
25.5.3 PCI总线仲裁 1058
25.5.4 PCI设备编号 1059
25.5.5 如何访问PCI配置空间 1059
25.5.6 如何配置PCI设备 1061
25.5.7 PCI驱动程序相关数据结构 1062
25.5.8 PCI驱动程序相关宏定义 1068
25.5.9 PCI驱动程序相关全局变量 1068
25.5.10 Bootloader和内核做的事 1069
25.5.11 PCI驱动程序注册 1069
25.5.12 PCI驱动程序接口函数 1071
25.5.13 如何编写PCI驱动程序 1072
第4部分 Linux内核开发高级指南
第26章 Linux系统参数设置 1076
从本章开始的后续章节主要讲解了比较高级或者平时较少关注的Linux内核方面的知识，本章讲解了Linux中的4种系统参数格式和设置方法。
26.1 旗语系统参数（tag） 1076
26.1.1 与旗语系统参数相关数据结构和全局变量 1076
26.1.2 旗语系统参数说明 1082
26.1.3 旗语系统参数设置方法 1084
26.2 前期命令行设置的系统参数 1084
26.2.1 与前期命令行系统参数相关数据结构和全局变量 1084
26.2.2 前期命令行设置的系统参数说明 1085
26.2.3 前期命令行系统参数设置方法 1086
26.2.4 如何添加自己的前期命令行设置的系统参数 1087
26.3 老式命令行系统参数 1087
26.3.1 与老式命令行系统参数相关数据结构和全局变量 1087
26.3.2 老式命令行设置的系统参数说明 1088
26.3.3 老式命令行设置的系统参数设置方法 1089
26.3.4 如何添加自己的老式命令行设置的系统参数 1089
26.4 命令行系统参数 1089
26.4.1 与命令行系统参数相关数据结构和全局变量 1089
26.4.2 命令行设置的系统参数说明 1090
26.4.3 命令行设置的系统参数设置方法 1090
第27章 Linux内核调试 1091
本章介绍了Linux内核的调试方法。
27.1 打开Linux内核及其各模块自带的调试开关 1091
27.2 内核剖析（Profiling） 1093
27.3 通过打印调试（printk） 1095
27.3.1 关于printk() 1095
27.3.2 内核信息级别 1096
27.3.3 打印速度限制 1097
27.3.4 控制台重定向 1098
27.4 使用proc文件系统调试 1098
27.5 oops消息 1098
27.6 通过跟踪命令strace调试 1099
27.7 使用gdb、kdb、kgdb调试 1099
第28章 Linux内核移植 1101
本章介绍了Linux内核的移植方法。
第29章 Linux内核优化 1104
本章介绍了Linux内核的优化方法。
29.1 编译优化 1104
29.2 根据CPU特性进行优化 1105
29.3 对内核进行裁减 1105
29.4 优化系统内存配置 1106
29.5 优化系统启动过程以缩减系统启动时间 1106
29.6 内存映射优化 1107
29.7 工具软件辅助优化 1107
第30章 Linux定时器 1109
本章介绍了Linux内核的软件定时器。
30.1 定时器相关数据结构 1109
30.2 定时器相关宏定义 1111
30.3 定时器相关全局变量 1112
30.4 定时器和时钟初始化 1113
30.5 获取系统时间 1114
30.6 延迟函数 1115
30.7 与定时器相关系统调用 1115
30.8 使用定时器方法 1116
第31章 杂项 1117
本章介绍了PER_CPU变量以及Linux中的数据类型定义。
31.1 per_cpu变量 1117
31.2 Linux中的数据类型定义 1118
第32章 编译链接文件说明 1119
本章注释了ARM处理器系统中Linux内核的链接文件，以帮助读者了解编译出来的Linux内核各区段在内存中的存放位置。
参考文献 1125
书摘
前言（序）2007年8月，我从上家公司辞职出来，放弃了刚上市公司骨干中层干部的职位，放弃了丰厚的待遇。
自1996年毕业以来，我一直从事嵌入式系统和Linux内核一线技术开发工作，我所承担的任务和项目基本都是由自己独立完成，即使担任了硬件部主管或技术总监职务，我对自己专长的工作仍是亲历亲为的。一方面，自己热爱这项工作，每攻克一个难题都能体验到莫大的成就感（相信技术工程师都有过这种体会）；另一方面，目前国内做嵌入式系统和Linux内核开发的工程师供不应求，水平高的更是奇缺，相关职位的待遇相对其他职位的偏高，少招一个新员工就为公司节省一笔开支，减轻一份负担，所以对于比较简单和事务性的工作我会安排给其他员工，而难度大的工作我几乎都亲自上阵。我习惯加班，来了兴致甚至通宵达旦，凭着这股干劲，经过多年实践积累，自己常能在短时间内解决很多人长时间没有解决的问题。在我工作中接触到Linux之初，为了更好更深入地学习嵌入式系统和Linux内核开发技能，我在业余时间自己花钱设计制作了MC68VZ328和S3C4510两种开发板以及简易JTAG下载、烧写线缆，并成功移植、固化Clinux到这两个开发板上——到目前为止，我已经在当今流行的各种嵌入式硬件平台（包括单片机、MC68K、PowerPC、ARM、MIPS、DSP）和嵌入式操作系统（包括VRTX、VxWorks、PSOS、Linux）上都做过实际开发工作，编写、移植或者调试过UART、Ethernet、I2C、HDLC+E1、LCD、Keyboard、VFD、SCSI、SATA、IDE、CVBS、VGA、PCI、USB等接口和设备的驱动程序。
在与Linux打交道的这么多年里，我一心想把这个开放源码的优秀操作系统吃透，并理所当然地觉得，随着时间的推移和所做项目的增多，自己一定会逐渐认识Linux内核的真实面目；可是一直以来，每当我想在脑海中对Linux内核各组件及其原理进行全面系统概括描述时却总是如鲠在喉，不得其解，这让我心里一直潜藏着一丝隐忧和茫然：由于不了解Linux内核原理，尽管自己能凭借10多年的工作经验通过适当方法很快把任务完成、把难题解决，但却不能在碰到难题一开始就从原理上把握应该从哪儿下手，怎样做、做什么，缺乏全局预见性和高瞻远瞩的能力，这种心中“没底”的感觉驱使我去更深入钻研、发掘，去力争做到心中“有底”；这也让我意识到，虽然经过10多年的勤奋工作，自己已经积累了足够的工作经验，不过由于平时很少阅读理论书籍和Linux内核源代码，Linux内核原理知识并没有像我原来想象的那样自然而然地装进自己的大脑，所以自己的理论水平仍然很欠缺，要想提高就必须经过一个艰苦的沉淀过程；由于平时工作忙、任务紧，我很少有时间来做系统的总结和归纳，在这种情况下，出于对公司和自己负责任考虑，我决定辞去工作，在家专心、系统研读Linux内核源代码，同时也对自己10多年的工作进行一次全面概括和总结。
我花了半年多时间阅读针对ARM处理器平台的Linux 2.6.10内核源代码，记了2000多页的源代码阅读笔记和心得。2008年4月，我在家坐不住想去找工作——辞职前，我常开车去兜风或带家人郊游，辞职后不久，为了节省支出，我把车卖了，这半年多时间里，我除了早晨出去锻炼外，一天难得出门，没有娱乐，没有朋友交流，没有旅游，这对于一个身处物欲横流的繁华都市闹市区的人来说会是一种怎样的生活体验呢？更何况对于英俊潇洒、才华横溢、热情好动的本人呢（）——于是我在脑海中总结半年多来的学习成果和收获，虽然感觉眼前比以前亮堂了许多，但仍是朦朦胧胧，似是而非，不得已只好强迫自己继续坐下去。我把以前的工作笔记、工作总结、自制的开发板全部找出来，又买了几本介绍Linux内核原理、驱动程序编写方面的理论书籍，把所有这些与半年多来阅读Linux 2.6内核源代码的笔记和心得进行交叉学习，相互印证，加深理解，同时对这些资料再次进行总结、归纳、记笔记、写心得；到2008年6月，当我再次回头清理头绪，翻看新的笔记时，顿然感觉Linux 2.6内核的轮廓渐渐清晰起来，我很兴奋并突发想象：何不将新的笔记、心得整理完善一下，那样不就可以编辑成一本介绍嵌入式系统硬件原理及软硬件设计流程与方法、嵌入式Linux内核原理及开发方法与技能、常见设备工作原理及其驱动程序的编写方法的完整的书了？联想到现在越来越多的年轻人开始热衷于嵌入式系统Linux内核开发这项高科技、高薪工作，却苦于找不到一本从实战出发全面深入介绍这方面技术的指导书，他们有的不惜花重金去参加培训，可是当这些培训后的部分人到我那面试时，我却发现他们所学甚浅，不懂原理，只知道操作流程，有的甚至连基本的流程都不熟悉；加上以前在一些嵌入式系统和Linux论坛中看到很多网友呼吁有经验的开发人员把自己的工作经验总结一下写出来供大家参考，这更让我有了写这本书的冲动。于是我又耐心坐了3个多月，继续总结、归纳、提炼、整理、完善，到了2008年9月，原来的笔记和心得就浓缩成了《嵌入式系统Linux内核开发实战指南（ARM平台）》，我也实现了一次自我超越，从“摸着石头过河”的尴尬与无奈走向了“不管风吹浪打，胜似闲庭信步”的潇洒与从容！
《嵌入式系统Linux内核开发实战指南（ARM平台）》包含了我11年的工作笔记、经验总结，一年多来对ARM处理器平台Linux 2.6内核源代码的阅读心得和体会以及对几本理论参考书的阅读笔记和心得，这本书是从这些内容中提炼出来的，是我对自己12年工作和学习的概括与总结。
《嵌入式系统Linux内核开发实战指南（ARM平台）》以嵌入式系统Linux内核开发的整个过程为线索，按照先硬件后软件、先易后难的顺序编写。书中内容覆盖了嵌入式系统Linux内核开发的各个方面，全书由“嵌入式系统硬件开发（共10章）”、“Linux内核开发初步（共6章）”、“Linux 2.6内核原理（共9章）”、“Linux内核开发高级指南（共7章）”四部分组成，共32章。其中“嵌入式系统硬件开发”部分主要以ARM处理器为例介绍了嵌入式处理器的特点、内部原理以及硬件开发调试流程和方法，还介绍了如何制作简易JTAG线缆和编写烧写程序；“Linux内核开发初步”部分主要介绍各种bootloader、Linux开发环境的创建、Linux内核的配置和编译以及根文件系统的制作，还简单介绍了Clinux；“Linux 2.6内核原理”部分是本书的核心，该部分以Linux 2.6.10内核源代码为基础深入剖析了Linux 2.6内核的各个组成部分及其实现原理，包括Linux启动过程、内存管理、进程调度、文件系统、模块设计、异常中断处理、软中断和工作队列、并发和竞态、设备驱动程序等，是以源代码阅读心得和体会+参考书阅读笔记和心得+源代码详细注释方式编写的，因为Linux源代码是Linux操作系统理论的实践成果，讲解Linux内核理论的同时加上必要的源代码注释就会非常直观，否则恐怕又会是乏味的天书；“Linux内核开发高级指南”部分则介绍了一些比较高级的技能和开发人员平时很少关注的方面，这部分包括Linux系统参数设置、内核调试、内核移植、内核优化、定时器、杂项以及编译链接文件说明等。
《嵌入式系统Linux内核开发实战指南（ARM平台）》适合已经或者志愿从事嵌入式系统Linux内核开发各阶段、各层次的人员阅读。初级开发人员包括在校大学生可以从中找到努力的方向；中级开发人员可以从中找到更深层细致的内容和有效的方法；高级开发人员可以从中发现不少解决难题的点睛之笔——总之我希望并相信这本书能对爱好或从事嵌入式系统和Linux内核开发的读者有一定帮助，使他们在技术开发的道路上少走一些弯路！
当然，一本书不可能包括全部细节，Linux 2.6内核源代码本身就远不是一本1000多页的书所能容纳的。事实上，随着写作的深入，我发现要写和想写的东西越来越多，这或许就是知识的扩张效应吧：当我们了解的东西很少的时候，未知领域和已知领域的分界线只是一个很小的圈，随着我们知识的增加和积累，这个圈慢慢向外伸展，越来越大，于是我们就感觉到不懂的东西越来越多而不是越来越少。正是这种感觉激发了人们的求知欲，有多少科学家特别是我们中国的科学家，把自己的一生都默默奉献给了国家的科学发展事业，成就了中国世界科技大国的地位！他们从不奢望也不屑获得所谓的“诺贝尔”！——但是无论如何，这本书只能就此告一段落，如果有可能，我会把更多内容和细节写入下一本书中。
由于书中内容太多，其中难免出现一些错别字或文笔不通的现象，也可能会有错误，如果读者碰到这种情况，请在广泛查阅相关资料并亲自实验的基础上得出并坚持正确的结论，不要迷信书本和权威，要敢于怀疑，勤于思考和验证，这样才能更快地进步，这才是科学态度。我诚挚期望读者能向我指出书中的错误和不足，这样我就能与读者共同进步和提高！
最后我要特别提到，在学习和写作的整个过程中，我常看《恰同学少年》——想到那么多平凡而壮丽的人生，自己一年多来吃的这点“苦”又算得了什么呢？呵呵，毛毛雨而已！
王洪辉
2008年12月26日
文摘x86架构处理器主要用于设计成家用PC、笔记本电脑、服务器以及一些大型的计算机系统，x86架构处理器主要由逻辑算术运算单元、：MMU以及片内cache组成，片内外设资源非常有限，其外设功能都需通过外接扩展芯片来实现，x86架构处理器使用的是复杂指令集CISC，每条指令所占字节数不完全一样，指令周期也不尽一致，而且内存空间与I/O空间是相互独立、分别寻址的。在电脑中，除BIOS之外的操作系统以及应用程序都被存放在硬盘上，只有需要的时候才被调入内存运行。电脑上的软件面对各种不同需求的广大用户，其程序代码相当冗长而复杂，涉及范围也最全面。
而嵌入式处理器常常是针对一定的应用进行设计，处理器内部除了逻辑算术运算单元、MMU和cache外，还集成了特定应用所需要的外设控制单元，比如以太网MAC、USBhost、IJSBclient、iic、uART、PCI、IDE、SPI等控制器，嵌入式处理器常常使用精简指令集RISC，每条指令的长度和执行时间都是固定的，而且嵌入式处理器的内存空间与I/O空间通常都是统一寻址的。另外嵌入式系统中一般都是把所有程序都烧写到非易失存储设备（如flash、EPROM等）上，系统加电后又把全部程序搬到内存中运行。嵌入式系统中的软件是根据特定需求编写的，相对较小且精简。
从系统功能上讲，用x86架构处理器设计出的台式机或者笔记本电脑，主要通过人机交互实现其功能，而用嵌入式处理器设计出的产品则一般都被嵌入在某种设备中自动完成功能。在嵌入式系统开发过程中，用x86架构处理器设计的电脑常常用作嵌入式系统开发主机，用来编辑和交叉编译嵌入式处理器的程序代码，外部连接一定的调试仿真设备还可以对嵌入式系统进行调试仿真。