嵌入式GNU/Linux内核与设备驱动开发 培训

引言

• GNU/Linux的简要历史
• 许可协议
• 内核版本管理
• 发布周期
• 内核树
• 主线内核
• 内核空间与用户空间
• 机制与策略
• 内核驱动替代方案
• RTOS与Linux对比

内存管理

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

内核补丁

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

内核模块

• 获取内核源代码
• 配置/编译/安装
• 设备驱动（静态链接，运行时加载）
• init/exit
• 许可协议
• EXPORT SYMBOL GPL
• 外部模块的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等
  • 主/次设备号
  • udev、udevmonitor、udevadm

高级字符驱动操作

• ioctl
• 非锁定ioctl
• 兼容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、选择子系统调试
  • 通过debugfs查询进行调试
  • oops调试、触发oops
  • Magic SysRq键
  • kgdb/kdb
  • JTAG

追踪

• gcov
• lcov
• oprofile
• ftrace
  • nop追踪器
  • 函数追踪器
  • 调度切换追踪器
  • 函数图追踪器
  • 动态追踪器
• 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

• 上半部与下半部
• 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
• 锁的解决方案
• 死锁
• 竞争
• 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
  • 顺序与屏障

时间

• HZ
• Jiffies
• 长/短延迟
• 内核定时器

硬件I/O

• I/O端口
• I/O内存
• 如何处理访问寄存器时的副作用？

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
• 页大小
• 指令顺序
• SMP/抢占/高内存

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