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深入浅出Linux设备驱动编程－－引言

深入浅出 Linux 设备驱动编程－－引言
宋宝华 21cnbao@21cn.com yesky

1.引言

《 ARM 的嵌入式 Linux 移植体验》发表以来，笔者 收到许多读者来信，他们对嵌入式 Linux 开发表现出了浓厚的兴趣。我们摘取其中的两封：
   你好，不知道怎么称呼你。就叫你技术大侠吧。
   我是一个在学校里教一些基础课的老师，一直没有在那方面做出点成绩。现在本人下决心想在嵌入式这块努点力，但一直不知道怎么下手。本来没有硬件基础，LINUX也才接触。希望大侠给条出路，指点一下从零开始应该走什么路比较好。
多谢！
                              xxx
 
   你好！
   首先，请原谅我的冒昧打扰！
   我是通过一个网站知道你的邮件地址的，我看过你的一篇关于LINUX的文章，很深入浅出的，由于以前我的相关知识比较薄弱，现在又从事这方面的工作（嵌入式系统的的硬件研发工作），所以时常感到力不从心，如果你有空，请给我介绍一点相关的书籍，或者给我E-MAIL一点您的相关资料或者您的学习心得好吗？
   我想知道如何写驱动，以及对LINUX内核有一个了解。。。
   向您的无私奉献表示感谢！
                           xxx
首先对读者的学习热情和强烈的求知欲表示敬意，基于读者对 Linux 设备驱动程序编写知识的需求和目前该类参考资料缺乏的现状，创作本系列文章。
目前， Linux 软件工程师大致可分为两个层次：
（ 1 ） Linux 应用软件工程师（ Application Software Engineer ）：主要利用 C 库函数和 Linux API 进行应用软件的编写；
（ 2 ） Linux 固件工程师（ Firmware Engineer ）：主要进行 Bootloader 、 Linux 的移植及 Linux 设备驱动程序的设计。
一般而言，固件工程师的要求要高于应用软件工程师的层次，而其中的 Linux 设备驱动编程又是 Linux 程序设计中比较复杂的部分，究其原因，主要包括如下几个方面：
（ 1 ）设备驱动属于 Linux 内核的部分，编写 Linux 设备驱动需要有一定的 Linux 操作系统内核基础；
（ 2 ）编写 Linux 设备驱动需要对硬件的原理有相当的了解，大多数情况下我们是针对一个特定的嵌入式硬件平台编写驱动的；
（ 3 ） Linux 设备驱动中广泛涉及到多进程并发的同步、互斥等控制，容易出现 bug ；
（ 4 ）由于属于内核的一部分， Linux 设备驱动的调试也相当复杂。
目前，市面上的 Linux 设备驱动程序参考书籍非常稀缺，少有的经典是由 Linux 社区的三位领导者 Jonathan Corbet 、 Alessandro Rubini 、 Greg Kroah-Hartman 编写的《 Linux Device Drivers 》（目前该书已经出版到第 3 版，中文译本由中国电力出版社出版）。该书将 Linux 设备驱动编写技术进行了较系统的展现，但是该书所列举实例的背景过于复杂，使得读者需要将过多的精力投放于对例子背景的理解上，很难完全集中精力于 Linux 驱动程序本身。往往需要将此书翻来覆去地研读许多遍，才能有较深的体会。
               
（《 Linux Device Drivers 》中英文版封面）
本文将仍然秉承《 Linux Device Drivers 》一书以实例为主的风格，但是实例的背景将非常简单，以求使读者能将集中精力于 Linux 设备驱动本身，理解 Linux 内核模块、 Linux 设备驱动的结构、 Linux 设备驱动中的并发控制等内容。另外，与《 Linux Device Drivers 》所不同的是，针对设备驱动的实例，本文还给出了用户态的程序来访问该设备，展现设备驱动的运行情况及用户态和内核态的交互。相信阅读完本文将为您领悟《 Linux Device Drivers 》一书中的内容打下很好的基础。
本文中的例程除引用的以外皆由笔者亲自调试通过，主要基于的内核版本为 Linux 2.4 ，例子要在其他内核上运行只需要做少量的修改。
构建本文例程运行平台的一个较好方法是：在 Windows 平台上安装 VMWare 虚拟机，并在 VMWare 虚拟机上安装 Red Hat 。注意安装的过程中应该选中“开发工具”和“内核开发”二项（如果本文的例程要在特定的嵌入式系统中运行，还应安装相应的交叉编译器，并包含相应的 Linux 源代码），如下图：

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