嵌入式Linux設(shè)備驅(qū)動開發(fā)詳解

第1章　嵌入式系統(tǒng)與驅(qū)動程序　1
本章目標(biāo)　1
1.1　嵌入式系統(tǒng)概述　1
1.1.1　嵌入式系統(tǒng)的概念　1
1.1.2　嵌入式系統(tǒng)的特點　2
1.1.3　嵌入式系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)　2
1.2　嵌入式處理器介紹　4
1.2.1　嵌入式處理器分類　4
1.2.2　ARM概述　5
1.2.3　ARM系列芯片簡介　5
1.3　嵌入式操作系統(tǒng)介紹　7
1.3.1　主流嵌入式操作系統(tǒng)　7
1.3.2　嵌入式系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r　8
1.3.3　嵌入式Linux介紹　8
1.3.4　嵌入式系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境的建立　9
1.3.5　嵌入式軟件開發(fā)　10
1.4　嵌入式Linux驅(qū)動程序　12
1.4.1　嵌入式Linux的內(nèi)核空間和用戶空間　12
1.4.2　嵌入式Linux的文件系統(tǒng)　12
1.4.3　嵌入式Linux的設(shè)備管理　14
1.4.4　嵌入式Linux的驅(qū)動程序　16
1.5　知識索引　20
1.6　思考與練習(xí)　21
第2章　簡單的字符設(shè)備驅(qū)動程序　23
本章目標(biāo)　23
2.1　嵌入式Linux字符設(shè)備的驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)　23
2.1.1　嵌入式Linux驅(qū)動程序常用的頭文件　24
2.1.2　File_operations結(jié)構(gòu)體　24
2.1.3　字符設(shè)備驅(qū)動程序的入口　25
2.1.4　驅(qū)動程序的設(shè)備注冊　26
2.2　設(shè)備驅(qū)動程序中的具體問題　27
2.2.1　I/O端口　28
2.2.2　內(nèi)存操作　29
2.2.3　中斷處理　29
2.3　LED的驅(qū)動程序?qū)嵗皽y試　30
2.3.1　LED I/O端口設(shè)置　30
2.3.2　LED硬件電路設(shè)計　32
2.3.3　LED驅(qū)動程序設(shè)計　33
2.3.4　LED測試程序設(shè)計　36
2.4　嵌入式Linux中斷處理驅(qū)動程序及測試　37
2.4.1　中斷處理過程　37
2.4.2　中斷向量表　39
2.4.3　中斷的處理模式　39
2.4.4　中斷的優(yōu)先級　40
2.4.5　中斷的嵌套　40
2.4.6　中斷源的擴展　40
2.4.7　中斷控制寄存器的設(shè)置　41
2.5　按鍵中斷的驅(qū)動程序?qū)嵗?5
2.5.1　按鍵中斷的電路設(shè)計　45
2.5.2　按鍵中斷的驅(qū)動程序設(shè)計　45
2.6　知識索引　48
2.7　思考與練習(xí)　49
第3章　數(shù)字顯示驅(qū)動程序　50
本章目標(biāo)　50
3.1　數(shù)字顯示器　50
3.1.1　數(shù)碼管簡介　50
3.1.2　數(shù)碼管的分類　51
3.1.3　數(shù)碼管顯示原理　51
3.2　數(shù)碼管顯示電路的硬件設(shè)計　52
3.2.1　譯碼器的使用　52
3.2.2　數(shù)碼管的驅(qū)動方式　53
3.2.3　串/并變換的譯碼設(shè)計　55
3.3　數(shù)碼管驅(qū)動程序?qū)嵗?6
3.3.1　驅(qū)動程序的初始化和卸載模塊　56
3.3.2　文件操作結(jié)構(gòu)模塊　57
3.3.3　數(shù)碼管的打開模塊　57
3.3.4　數(shù)碼管的讀寫模塊　58
3.3.5　數(shù)碼管的I/O控制模塊　58
3.3.6　數(shù)碼管的退出模塊　58
3.3.7　驅(qū)動程序的模塊加載和卸載　59
3.4　數(shù)碼管顯示電路測試程序設(shè)計　60
3.4.1　數(shù)碼管測試設(shè)計　60
3.4.2　數(shù)碼管測試程序　60
3.4.3　數(shù)碼管測試效果　61
3.5　知識索引　61
3.6　思考與練習(xí)　62
第4章　鍵盤驅(qū)動程序　63
本章目標(biāo)　63
4.1　鍵盤接口概述　63
4.1.1　鍵盤的分類　63
4.1.2　鍵盤的防抖　65
4.1.3　鍵盤的掃描　65
4.1.4　鍵盤的緩沖算法　67
4.2　鍵盤的驅(qū)動設(shè)計實例　67
4.2.1　鎖存器和緩沖器擴展鍵盤　67
4.2.2　鎖存器和緩沖器的接口　68
4.2.3　鎖存器和緩沖器擴展鍵盤驅(qū)動程序設(shè)計　69
4.2.4　鎖存器和緩沖器擴展鍵盤測試程序設(shè)計　71
4.3　智能控制芯片HD7279擴展鍵盤　72
4.3.1　HD7279的電路設(shè)計　72
4.3.2　HD7279的指令介紹　73
4.3.3　HD7279的串行接口　74
4.3.4　HD7279的驅(qū)動程序設(shè)計　75
4.3.5　HD7279的測試程序設(shè)計　84
4.4　知識索引　85
4.5　思考與練習(xí)　85
第5章　A/D驅(qū)動程序　86
本章目標(biāo)　86
5.1　A/D轉(zhuǎn)換的過程　86
5.1.1　采樣和保持　86
5.1.2　量化和編碼　88
5.1.3　ADC的分類　89
5.2　A/D轉(zhuǎn)換器的基本原理　89
5.2.1　逐次逼近型A/D轉(zhuǎn)換器　89
5.2.2　雙積分型A/D轉(zhuǎn)換器　90
5.2.3　V/F和F/V型轉(zhuǎn)換器　93
5.2.4　其他A/D轉(zhuǎn)換器　95
5.3　A/D轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)　97
5.3.1　ADC的主要參數(shù)及意義　97
5.3.2　ADC的電路選擇方法　98
5.3.3　ADC實際應(yīng)用中的問題　99
5.4　S3C2410 A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動設(shè)計實例　99
5.4.1　S3C2410的A/D轉(zhuǎn)換電路　99
5.4.2　S3C2410X的A/D轉(zhuǎn)換控制寄存器　100
5.4.3　S3C2410X的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)寄存器　101
5.4.4　S3C2410X中A/D轉(zhuǎn)換驅(qū)動程序的設(shè)計　102
5.4.5　S3C2410X中A/D轉(zhuǎn)換測試程序的設(shè)計　105
5.5　知識索引　106
5.6　思考與練習(xí)　107
第6章　D/A驅(qū)動程序　108
本章目標(biāo)　108
6.1　D/A的原理介紹　108
6.1.1　D/A轉(zhuǎn)換的概念及基本原理　108
6.1.2　電子模擬開關(guān)　109
6.1.3　D/A轉(zhuǎn)換器的基本結(jié)構(gòu)　110
6.1.4　D/A轉(zhuǎn)換的靜態(tài)參數(shù)　114
6.1.5　D/A轉(zhuǎn)換的動態(tài)參數(shù)　115
6.2　D/A轉(zhuǎn)換的硬件電路設(shè)計　116
6.2.1　D/A轉(zhuǎn)換的接口技術(shù)　116
6.2.2　D/A轉(zhuǎn)換芯片介紹　117
6.2.3　D/A轉(zhuǎn)換的電路設(shè)計　118
6.3　D/A轉(zhuǎn)換器的驅(qū)動程序?qū)嵗?18
6.3.1　D/A驅(qū)動程序中的宏定義　118
6.3.2　D/A的模塊加載　118
6.3.3　D/A轉(zhuǎn)換器的文件操作模塊　119
6.3.4　D/A轉(zhuǎn)換器的讀寫控制模塊　120
6.3.5　D/A轉(zhuǎn)換器的打開、退出模塊　120
6.4　測試程序的設(shè)計　120
6.4.1　D/A測試程序中的宏定義　121
6.4.2　D/A測試程序的主函數(shù)　121
6.4.3　D/A測試程序中的功能函數(shù)　122
6.4.4　D/A測試程序中的功能打印函數(shù)　123
6.4.5　D/A測試程序中的波形生成函數(shù)　123
6.4.6　D/A測試程序的效果　124
6.5　知識索引　125
6.6　思考與練習(xí)　125
第7章　LCD驅(qū)動程序　126
本章目標(biāo)　126
7.1　LCD顯示器概述　126
7.1.1　液晶　126
7.1.2　LCD顯示屏的背光　127
7.1.3　LCD顯示器的分類　127
7.1.4　LCD的顯示原理　127
7.1.5　LCD的驅(qū)動方式　130
7.1.6　LCD的常用指標(biāo)　131
7.2　LCD的顯示接口　131
7.2.1　灰度STN的時序　132
7.2.2　彩色STN的時序　133
7.2.3　TFT的時序　134
7.3　嵌入式處理器的LCD控制器　136
7.3.1　LCD控制器　136
7.3.2　LCD控制器的設(shè)置　137
7.3.3　LCD的字符顯示緩存　139
7.4　LCD的驅(qū)動程序設(shè)計　140
7.4.1　LCD驅(qū)動程序相關(guān)的宏定義　140
7.4.2　LCD驅(qū)動程序的底層操作函數(shù)　142
7.4.3　LCD驅(qū)動程序提供的API　145
7.4.4　LCD驅(qū)動程序的模塊化加載　151
7.4.5　LCD的測試程序　152
7.5　基于Framebuffer的LCD驅(qū)動程序?qū)嵗?55
7.5.1　Framebuffer概述　155
7.5.2　LCD的電路連接　155
7.5.3　Framebuffer設(shè)備驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)　156
7.5.4　Framebuffer設(shè)備驅(qū)動程序的設(shè)計　159
7.5.5　Framebuffer設(shè)備測試程序的設(shè)計　164
7.5.6　嵌入式Linux常用的GUI　166
7.6　知識索引　166
7.7　思考與練習(xí)　167
第8章　觸摸屏驅(qū)動程序　168
本章目標(biāo)　168
8.1　觸摸屏概述　168
8.2　觸摸屏的分類　168
8.2.1　電阻技術(shù)觸摸屏　168
8.2.2　表面聲波技術(shù)觸摸屏　169
8.2.3　電容電感技術(shù)觸摸屏　170
8.2.4　紅外線技術(shù)觸摸屏　170
8.3　觸摸屏的特性　171
8.3.1　透明度和色彩失真　171
8.3.2　反光性　171
8.3.3　清晰度　171
8.3.4　漂移　172
8.3.5　檢測和定位　172
8.4　觸摸屏的硬件電路設(shè)計　172
8.4.1　電阻式觸摸屏的電路原理　172
8.4.2　電阻式觸摸屏原點的定位　173
8.4.3　電阻式觸摸屏的電路連接　174
8.5　觸摸屏的驅(qū)動程序?qū)嵗?76
8.5.1　觸摸屏接口的模式　176
8.5.2　A/D轉(zhuǎn)換和觸摸屏寄存器的設(shè)置　177
8.5.3　觸摸屏的坐標(biāo)　179
8.5.4　觸摸屏的電路連接　180
8.5.5　觸摸屏的驅(qū)動程序接口　181
8.6　測試程序的設(shè)計　182
8.6.1　觸摸屏的數(shù)據(jù)定義　183
8.6.2　觸摸屏的數(shù)據(jù)處理　183
8.6.3　觸摸屏的運行測試　185
8.7　知識索引　186
8.8　思考與練習(xí)　187
第9章　CAN總線驅(qū)動程序　188
本章目標(biāo)　188
9.1　CAN總線接口設(shè)計　188
9.1.1　CAN總線概述　188
9.1.2　CAN的工作特點及主要優(yōu)點　189
9.1.3　CAN總線的電氣特征和MAC幀結(jié)構(gòu)　189
9.2　嵌入式處理器上CAN總線接口的擴展　190
9.2.1　SJA1000簡介　190
9.2.2　SJA1000擴展　191
9.3　SJA1000擴展CAN總線接口的設(shè)計　192
9.3.1　CAN 控制器SJA1000的操作模式　192
9.3.2　CAN控制器SJA1000的特征功能　193
9.3.3　CAN 控制器SJA1000的Basic CAN模式設(shè)置　194
9.4　SJA1000擴展CAN總線接口的通信　196
9.4.1　通過CAN總線建立通信的步驟　196
9.4.2　SJA1000的初始化　196
9.4.3　驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)設(shè)計　198
9.4.4　驅(qū)動程序init、exit、open、close函數(shù)的實現(xiàn)　200
9.4.5　驅(qū)動程序read、write函數(shù)的實現(xiàn)　201
9.4.6　驅(qū)動程序interrupt、ioctl函數(shù)實現(xiàn)　202
9.4.7　測試程序的編寫　202
9.5　驅(qū)動程序的加載　204
9.6　知識索引　204
9.7　思考與練習(xí)　205
第10章　IIC總線驅(qū)動程序　206
本章目標(biāo)　206
10.1　IIC總線概述　206
10.1.1　IIC總線介紹　206
10.1.2　IIC總線引入的原因　206
10.1.3　IIC總線的特點　206
10.1.4　IIC總線的基本結(jié)構(gòu)　207
10.1.5　IIC總線的術(shù)語　207
10.1.6　IIC總線的工作　208
10.1.7　IIC總線的競爭仲裁　209
10.1.8　IIC總線的工作流程　210
10.2　嵌入式處理器的IIC接口　211
10.2.1　IIC總線控制寄存器　212
10.2.2　IIC總線控制/狀態(tài)寄存器　213
10.2.3　IIC總線地址寄存器　214
10.2.4　IIC總線移位數(shù)據(jù)寄存器　214
10.2.5　S3C2410中與IIC對應(yīng)的I/O端口　215
10.3　基于IIC的鍵盤芯片應(yīng)用　216
10.3.1　ZLG7290的功能　217
10.3.2　ZLG7290的控制方式　218
10.3.3　ZLG7290的寄存器　218
10.3.4　ZLG7290的通信接口　219
10.3.5　ZLG7290的指令介紹　219
10.4　IIC總線驅(qū)動程序?qū)嵗?21
10.4.1　ZLG7290的電路連接　221
10.4.2　ZLG7290的通信流程　223
10.4.3　ZLG7290驅(qū)動中變量的定義　225
10.4.4　ZLG7290驅(qū)動中實時時鐘的改變　226
10.4.5　ZLG7290和IIC寄存器的初始化　227
10.4.6　ZLG7290驅(qū)動程序的模塊化　228
10.4.7　ZLG7290的文件操作結(jié)構(gòu)　228
10.5　IIC總線的測試程序　230
10.6　知識索引　231
10.7　思考與練習(xí)　231
第11章　音頻總線驅(qū)動程序　232
本章目標(biāo)　232
11.1　音頻總線接口概述　232
11.1.1　音頻的采樣精度　233
11.1.2　音頻編碼　233
11.2　IIS音頻總線接口　233
11.2.1　IIS總線的物理連接　233
11.2.2　IIS的總線協(xié)議　234
11.2.3　IIS總線的硬件設(shè)計　235
11.2.4　IIS總線的寄存器　236
11.3　AC97音頻總線接口　239
11.4　IIS總線的驅(qū)動程序設(shè)計　240
11.4.1　音頻設(shè)備基礎(chǔ)知識　240
11.4.2　音頻設(shè)備文件　241
11.4.3　WAV聲音文件　243
11.4.4　音頻設(shè)備和驅(qū)動程序的通信　243
11.4.5　設(shè)備的初始化和加載　244
11.4.6　DMA的操作和宏定義　246
11.4.7　audio設(shè)備文件的操作　248
11.4.8　mixer設(shè)備文件的操作　260
11.5　音頻驅(qū)動程序的測試　262
11.6　知識索引　262
11.7　思考與練習(xí)　263
第12章　IDE接口驅(qū)動程序　264
本章目標(biāo)　264
12.1　IDE接口概述　264
12.1.1　硬盤知識介紹　264
12.1.2　IDE接口標(biāo)準(zhǔn)　267
12.1.3　IDE接口的傳輸模式　269
12.1.4　IDE接口寄存器　269
12.2　IDE接口驅(qū)動程序的移植　271
12.2.1　嵌入式Linux下IDE驅(qū)動程序接口　271
12.2.2　嵌入式Linux下IDE驅(qū)動程序　272
12.2.3　IDE硬盤的讀/寫操作　274
12.3　IDE驅(qū)動程序測試　282
12.3.1　磁盤文件系統(tǒng)簡介　283
12.3.2　IDE分區(qū)測試　283
12.4　知識索引　285
12.5　思考與練習(xí)　285
第13章　閃存芯片的驅(qū)動程序　286
本章目標(biāo)　286
13.1　閃存芯片概述　286
13.1.1　閃存芯片的物理特性　286
13.1.2　嵌入式文件系統(tǒng)概述　289
13.1.3　MTD體系介紹　289
13.1.4　Flash專有名詞　291
13.2　NAND Flash　291
13.2.1　NAND Flash的結(jié)構(gòu)　291
13.2.2　NAND Flash的操作　292
13.2.3　NAND Flash控制器　294
13.2.4　NAND Flash的時序　296
13.2.5　NAND Flash的驅(qū)動程序?qū)嵗?97
13.3　NOR Flash　301
13.3.1　NOR Flash的結(jié)構(gòu)　301
13.3.2　NOR Flash的操作　302
13.3.3　NOR Flash的驅(qū)動程序?qū)嵗?03
13.4　基于閃存的文件系統(tǒng)　307
13.5　知識索引　309
13.6　思考與練習(xí)　310
第14章　USB 設(shè)備驅(qū)動程序　311
本章目標(biāo)　311
14.1　USB接口概述　311
14.1.1　USB系統(tǒng)　311
14.1.2　USB的電氣特性　312
14.1.3　USB總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)　313
14.1.4　USB的通信協(xié)議　313
14.2　嵌入式系統(tǒng)中USB的使用　315
14.2.1　OHCI概述　315
14.2.2　Host接口硬件設(shè)計　316
14.3　嵌入式系統(tǒng)中USB設(shè)備的驅(qū)動程序設(shè)計　316
14.3.1　USB設(shè)備驅(qū)動程序的分類　316
14.3.2　USB驅(qū)動的骨架程序　317
14.3.3　設(shè)備端USB驅(qū)動程序　327
14.3.4　USB鍵盤飛梭的驅(qū)動程序　327
14.4　USB驅(qū)動程序測試　331
14.4.1　熱插拔　331
14.4.2　利用hotplug腳本實現(xiàn)設(shè)備的自動加載　332
14.5　知識索引　333
14.6　思考與練習(xí)　334
第15章　串口驅(qū)動程序　335
本章目標(biāo)　335
15.1　串口概述　335
15.1.1　同步串口的傳輸標(biāo)準(zhǔn)　335
15.1.2　異步串口的傳輸標(biāo)準(zhǔn)　336
15.1.3　串口的物理層標(biāo)準(zhǔn)　336
15.1.4　串口的電平邏輯轉(zhuǎn)換　341
15.2　嵌入式處理器串口控制器　342
15.2.1　嵌入式系統(tǒng)中常用的UART控制器　342
15.2.2　S3C2410中的UART控制器　342
15.3　嵌入式Linux串口驅(qū)動程序設(shè)計　346
15.3.1　異步串口的工作流程　346
15.3.2　串口的驅(qū)動程序結(jié)構(gòu)　347
15.3.3　串口驅(qū)動程序的注冊　349
15.3.4　ops中的串口操作函數(shù)　351
15.3.5　串口驅(qū)動中與控制臺有關(guān)的函數(shù)　360
15.4　嵌入式Linux串口的應(yīng)用程序設(shè)計　360
15.4.1　串口編程需要用到的頭文件　360
15.4.2　串口的終端函數(shù)　361
15.4.3　RS-485和RS-232的通信　363
15.5　基于串口的GPRS應(yīng)用實例　366
15.5.1　GPRS簡介　366
15.5.2　GPRS的電路設(shè)計　367
15.5.3　GPRS的程序分析　368
15.6　基于串口的GPS應(yīng)用實例　371
15.6.1　GPS簡介　371
15.6.2　GPS應(yīng)用程序設(shè)計　371
15.7　知識索引　375
15.8　思考與練習(xí)　376
第16章　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動程序　377
本章目標(biāo)　377
16.1　以太網(wǎng)概述　377
16.1.1　以太網(wǎng)的連接　377
16.1.2　以太網(wǎng)的工作原理　378
16.1.3　以太網(wǎng)的幀結(jié)構(gòu)　379
16.1.4　TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議　381
16.1.5　嵌入式系統(tǒng)中常用的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議　382
16.2　嵌入式處理器的以太網(wǎng)接口　383
16.2.1　帶有MAC層控制協(xié)議的處理器　383
16.2.2　通過以太網(wǎng)芯片擴展網(wǎng)絡(luò)接口　384
16.3　以太網(wǎng)驅(qū)動程序體系結(jié)構(gòu)　385
16.3.1　網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的結(jié)構(gòu)　385
16.3.2　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備初始化　386
16.3.3　數(shù)據(jù)包的發(fā)送與接收　386
16.3.4　網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的加載方式　387
16.3.5　常用的系統(tǒng)支持　388
16.4　網(wǎng)卡驅(qū)動程序?qū)嵗?92
16.4.1　NE2000的內(nèi)核支持　392
16.4.2　網(wǎng)絡(luò)接口的初始化　392
16.4.3　網(wǎng)絡(luò)接口設(shè)備的打開和關(guān)閉　393
16.4.4　數(shù)據(jù)包發(fā)送和接收　394
16.4.5　網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的基本操作　394
16.4.6　編寫嵌入式Linux網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序中需要注意的問題　398
16.5　網(wǎng)絡(luò)驅(qū)動程序的測試　399
16.5.1　嵌入式Linux的網(wǎng)絡(luò)配置　400
16.5.2　NFS文件系統(tǒng)　401
16.5.3　socket編程　403
16.5.4　socket編程實例　405
16.6　知識索引　415
16.7　思考與練習(xí)　416