嵌入式Linux设备驱动开发详解

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出版者:人民邮电
作者:李俊
出品人:
页数:416
译者:
出版时间:2008-3
价格:49.00元
装帧:
isbn号码:9787115173423
丛书系列:
图书标签:
  • 嵌入式
  • 驱动
  • 计算机
  • Linux
  • 嵌入式Linux
  • 设备驱动
  • 驱动开发
  • Linux内核
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具体描述

《嵌入式Linux设备驱动》是嵌入式系统中十分重要的组成部分。《嵌入式Linux设备驱动开发详解》详细讲解了嵌入式Linux的各种设备驱动,包括字符设备驱动、数字显示驱动、键盘驱动、A/D驱动、D/A驱动、LCD驱动、触摸屏驱动、CAN总线驱动、IIC总线驱动、音频总线驱动、IDE接口驱动、闪存芯片驱动、USB驱动、串口驱动、网络设备驱动等,并结合大量实例进行讲解,读者可以快速熟悉和掌握相关知识。

好的,这是一本图书的简介,该书聚焦于现代高性能计算中的系统级软件架构和优化,不涉及嵌入式Linux设备驱动开发。 --- 《现代高性能计算:系统级架构、并行编程与优化实践》 图书简介 本书深入剖析了支撑当前数据密集型应用和科学计算的底层系统架构、编程范式及性能优化策略。在计算能力爆炸式增长的背景下,如何高效地驾驭多核处理器、异构加速器(如GPU、FPGA)以及大规模分布式集群,已成为软件工程师和研究人员面临的核心挑战。本书旨在提供一个全面、实用的框架,指导读者理解并实践构建高性能、可扩展系统的关键技术。 全书内容围绕三个核心支柱构建:底层硬件抽象与系统调用优化、高级并行化编程模型、以及面向特定领域的性能调优艺术。 第一部分:高性能计算的系统基础与硬件抽象 本部分着重于打牢理解现代CPU、内存层级结构和I/O子系统的基础。它摒弃了传统的操作系统基础概念的冗余叙述,直接切入与性能直接相关的领域。 1. 现代处理器微架构剖析: 详细阐述乱序执行(Out-of-Order Execution)、分支预测、指令级并行(ILP)的实现细节。探讨超标量、SIMD/AVX指令集如何影响代码的向量化潜力。重点分析缓存一致性协议(如MESI、MOESI)如何影响多核间的通信延迟和伪共享(False Sharing)问题。 2. 内存层次结构与延迟管理: 不仅仅停留在L1/L2/L3的层级划分,而是深入探讨内存控制器、NUMA(非统一内存访问)架构的实际拓扑结构。介绍内存分配器(如jemalloc, tcmalloc)在高性能环境下的设计权衡,以及如何通过内存绑定(Memory Pinning)和 NUMA 策略来最小化跨节点内存访问延迟。 3. 高速互连技术与I/O吞吐: 聚焦于现代数据中心和HPC集群中使用的InfiniBand、Omni-Path以及RDMA(Remote Direct Memory Access)技术。解释零拷贝(Zero-Copy)机制如何绕过内核协议栈,实现低延迟的网络通信。讨论NVMe/PCIe总线结构,以及如何优化存储访问模式以充分利用SSD的随机读写和顺序吞吐能力。 第二部分:并行编程模型与软件架构设计 本部分是本书的核心,涵盖了从单机多核到大规模集群的并行化策略和主流编程框架。 1. 共享内存并行化:OpenMP深度实践: 详述OpenMP 4.x及更高版本的指令集,包括循环并行化、任务并行、数据环境管理。重点解析并行域划分、负载均衡的策略选择,以及如何利用OpenMP的运行时库进行动态调度。书中包含了大量针对复杂依赖关系和细粒度同步的代码实例,指导读者如何避免死锁与竞态条件。 2. 分布式内存计算:MPI的高级应用: 深入讲解MPI标准中关于通信拓扑、集合通信(Collective Operations)的优化。探讨Point-to-Point通信的同步与异步模式,以及如何根据网络带宽和延迟特性选择最合适的通信原语(如`Isend`/`Irecv`的有效组合)。特别辟章节讨论了基于MPI的容错机制和检查点恢复策略。 3. 异构计算加速:CUDA/OpenCL/SYCL: 本章节专注于GPU编程。详细讲解CUDA编程模型中的网格(Grid)、块(Block)、线程(Thread)组织,以及共享内存(Shared Memory)的使用艺术。重点剖析线程束(Warp)调度、内存合并访问(Coalesced Access)的优化技巧。同时,对跨平台兼容性更强的SYCL框架进行了介绍,展示如何利用其统一的编程模型面向未来硬件进行开发。 4. 数据流与函数式并行: 探讨TBB(Threading Building Blocks)和Cilk Plus等数据流模型在处理动态工作负载中的优势。介绍如何利用这些模型将复杂问题分解为可独立执行的子任务,从而简化并行化难度,并提高资源利用率。 第三部分:性能分析、调优与新兴趋势 本书的最后一部分聚焦于如何量化性能瓶颈并采取针对性措施,同时展望了下一代计算范式。 1. 系统级性能度量与分析工具链: 介绍如何使用专业的性能分析工具(如Linux `perf`工具集、VTune Profiler、或特定于GPU的NVIDIA Nsight系列)进行热点代码识别和硬件事件监控。重点指导读者解读性能计数器(Performance Counters)的原始数据,区分CPU瓶颈(如缓存未命中、分支错误预测)与内存带宽限制。 2. 应用程序级性能调优案例研究: 通过具体的高性能计算应用(如稀疏矩阵求解器、分子动力学模拟的关键算法),演示从串行到并行转换的完整流程。分析数据布局对算法性能的决定性影响,以及如何通过人工重排数据结构来最大化局部性。 3. 混合并行模型集成: 讨论如何有效地将OpenMP、MPI和GPU计算(如OpenACC或CUDA Runtime API)结合起来,实现大规模、多层次的并行化。讲解如何在集群级别管理数据分片(MPI)和在节点内部利用CPU/GPU资源(OpenMP/CUDA)的同步策略。 4. 内存持久化与新型存储技术: 探讨持久化内存(Persistent Memory, PMem)对HPC应用带来的机遇与挑战。介绍如何设计应用程序以利用PMEM的接近内存速度的持久化特性,用于加速Checkpointing或构建新型内存数据库。 目标读者: 本书适合具有扎实C/C++基础,并希望深入理解现代计算系统底层工作原理,致力于开发高效率、大规模并行软件的研究人员、系统工程师和高级软件开发人员。阅读本书需要对计算机体系结构有基本的了解。 通过本书的学习,读者将能够熟练驾驭复杂的并行编程模型,精确诊断系统瓶颈,并有能力设计出能够充分利用当前和未来多核/异构硬件潜能的尖端软件系统。

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读后感

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让我印象深刻的还有《嵌入式Linux设备驱动开发详解》中关于块设备驱动的讲解。它不像字符设备那样直接面向字节流,而是处理固定大小的数据块。作者详细解释了块设备的抽象层,以及块层(block layer)是如何与块设备驱动进行交互的。我了解到块设备驱动需要实现request_fn函数,以及如何处理I/O请求队列。书中还探讨了块设备驱动的性能优化,例如请求合并(request merging)和请求排序(request elevator),这对于提升存储设备的读写性能至关重要。作者还给出了一个简单的SD卡驱动的示例,虽然只是一个简化版本,但已经能够很好地展示块设备驱动的基本框架和工作原理。我之前一直对文件系统如何与块设备交互感到好奇,这本书也在这方面提供了一些线索。

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这本书《嵌入式Linux设备驱动开发详解》在处理Linux内核中与硬件交互的底层机制方面,可以说是做得非常出色。作者并没有回避那些晦涩难懂的部分,而是用一种循序渐进的方式进行讲解。我尤其对书中关于中断(interrupt)的讲解印象深刻。它详细描述了中断的产生、中断向量表的作用、中断处理程序的编写规范,以及中断的屏蔽和使能。作者还探讨了软中断(softirq)和延迟中断(deferred work)的概念,以及它们在提高系统响应速度方面的作用。书中还触及了GPIO(General Purpose Input/Output)的编程,并给出了相关的API使用示例。对于驱动开发者来说,理解这些底层硬件交互机制,是开发稳定、高效设备驱动的基础。这本书在这方面提供了非常扎实的理论基础和实用的实践指导。

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这本书《嵌入式Linux设备驱动开发详解》在网络驱动开发这一块,给我带来了很多启发。它不仅仅是停留在TCP/IP协议栈的表面,而是深入到了Linux内核中网络子系统的具体实现。作者详细讲解了套接字(socket)的创建、绑定、监听、连接、发送和接收数据等一系列过程,并阐述了内核是如何处理这些网络请求的。我尤其对书中关于网络设备驱动与协议栈的交互部分印象深刻,比如sk_buff(socket buffer)的结构、数据包的构建与解析、以及如何通过netdev_ops与上层协议栈进行通信。书中还探讨了网络性能优化的相关技术,例如中断合并(interrupt coalescing)、大页(huge pages)、以及一些网卡驱动特有的调优参数。作者还对一些常见的网络攻击(如DDoS)进行了简要介绍,并说明了内核在防护方面的机制,这让我对网络安全有了更全面的认识。

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这本《嵌入式Linux设备驱动开发详解》我拿到手后,就迫不及待地翻阅起来,毕竟在如今这个嵌入式系统飞速发展的时代,掌握Linux设备驱动的开发是相当核心的一项技能。书的装帧设计很朴实,没有花哨的封面,但内页的排版布局却颇为用心,字体大小适中,段落清晰,重点内容也做了适当的加粗或高亮,这对于长时间阅读的开发者来说,无疑是很友好的,能够有效减轻视觉疲劳。我最看重的是它能否真正解决我在实际开发中遇到的问题,而不仅仅是理论的堆砌。书中对Linux内核的架构做了非常详尽的介绍,从整体概念到各个子系统的职责,再到它们之间的相互关系,都描绘得十分生动。特别是关于内核模块的加载与卸载机制,中断处理流程,以及内存管理策略,作者都给出了深入浅出的讲解,并结合了大量的代码示例,这些代码都经过了精心的挑选和注释,能够帮助读者快速理解抽象的概念。

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《嵌入式Linux设备驱动开发详解》在内存管理这部分的内容,可以说是给我打了一剂“强心针”。之前我对Linux的内存管理总觉得有些神秘,尤其是虚拟内存、分页、分段这些概念。这本书用清晰的语言和生动的比喻,将这些复杂的概念进行了拆解。作者详细讲解了物理内存和虚拟内存之间的映射关系,页表(page table)的作用,以及内存的分配与回收机制。我特别关注了书中关于内核空间和用户空间内存隔离的部分,以及如何通过mmap系统调用实现用户空间与内核空间的内存共享。作者还探讨了内核中常用的内存分配器(如slab/slub/slob)的工作原理,并分析了它们在不同场景下的性能表现。对于设备驱动开发而言,理解内存管理对于避免内存泄漏、提高资源利用率至关重要,这本书在这方面提供了非常宝贵的指导。

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对于《嵌入式Linux设备驱动开发详解》这本书,我最直观的感受是它在讲解设备模型这部分内容时,处理得非常到位。在很多其他的参考资料中,设备模型往往被一带而过,或者仅仅是罗列一些API函数,但这本书却花了大篇幅来阐述其设计理念、核心组件以及实际应用。作者通过对比不同类型的设备驱动(例如字符设备、块设备、网络设备)是如何与设备模型交互的,让我对“kobject”、“kset”、“device”、“driver”这些概念有了更深刻的理解。书中还特别强调了sysfs文件系统的作用,以及如何通过sysfs来暴露设备和驱动的信息,这对于调试和管理系统非常有帮助。我尤其喜欢作者在讲解平台驱动(platform driver)时,详细分析了设备树(Device Tree)是如何被解析,并与驱动进行匹配的整个过程,这对于理解现代嵌入式Linux系统尤为重要。书中给出的示例代码,结构清晰,逻辑严谨,并且能够直接在常见的嵌入式开发板上运行,这极大地提升了学习效率。

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读完《嵌入式Linux设备驱动开发详解》,我最大的收获是对Linux内核同步机制的理解达到了一个新的高度。在此之前,我对互斥锁(mutex)、自旋锁(spinlock)、信号量(semaphore)这些概念都有些模糊,分不清它们各自的使用场景和适用范围。这本书通过对比它们在多线程、多进程环境下的工作原理,以及各自的优缺点,让我豁然开朗。特别是作者在讲解原子操作(atomic operation)时,结合了汇编指令的分析,深入剖析了其不可中断的特性,这对于编写高性能、高并发的驱动至关重要。书中还探讨了死锁(deadlock)的成因及避免方法,并给出了一些实用的调试技巧,例如利用debugfs来查看锁的状态,这在实际项目中是极其宝贵的经验。我尝试着将书中的同步机制应用到我正在开发的某个多线程设备驱动中,效果立竿见影,原先困扰我的数据竞争问题得到了很好的解决。

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《嵌入式Linux设备驱动开发详解》对于字符设备驱动的讲解,堪称经典。作者没有仅仅停留在read/write/ioctl这几个基本的file_operations结构体成员上,而是深入挖掘了更深层的概念。例如,它详细讲解了文件系统如何与设备驱动进行交互,以及设备文件(device file)的创建过程。我特别欣赏书中关于驱动注册和注销的流程,以及设备号(major/minor number)的分配机制。作者还重点介绍了设备模型(device model)是如何与字符设备驱动相结合的,以及如何通过sysfs接口来暴露设备的信息。书中还给出了几个不同类型的字符设备驱动的实例,包括一个简单的按键驱动、一个LED驱动,以及一个串口驱动,这些实例都非常贴近实际应用,并且代码风格清晰,注释详细,能够帮助读者快速上手。

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我不得不说,《嵌入式Linux设备驱动开发详解》在讲解Linux内核的进程调度这部分内容时,真是做到了“大道至简”。作者并没有一开始就陷入到复杂的调度算法细节中,而是从进程的概念、进程状态的转换开始,逐步深入到调度器的作用和基本原理。我了解到Linux内核有多种调度器,例如CFS(Completely Fair Scheduler)以及针对实时任务的SCHED_FIFO和SCHED_RR。书中对CFS的讲解尤其详细,作者通过一个简化的场景,解释了虚拟运行时间(vruntime)的概念,以及它是如何用来保证公平性的。我之前一直对“nice”值和优先级有什么影响感到困惑,读完这本书后,我才真正理解了它们在调度决策中的具体作用。书中还探讨了进程间通信(IPC)的一些常用机制,如管道(pipe)、消息队列(message queue)、共享内存(shared memory)和信号(signal),并分析了它们在调度过程中的表现。

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《嵌入式Linux设备驱动开发详解》在讲解I/O模型时,可以说是鞭辟入里。书中不仅详细介绍了阻塞I/O、非阻塞I/O、I/O多路复用(select, poll, epoll)等基本概念,还深入分析了它们在内核中的具体实现。我特别欣赏作者在分析epoll机制时,通过图示和伪代码结合的方式,将复杂的文件事件模型和就绪链表管理剖析得淋漓尽致,让我对高并发I/O处理的底层逻辑有了更清晰的认识。书中还探讨了异步I/O(AIO)的原理,并给出了相关的API使用示例,这对于开发需要高性能I/O吞吐量的应用非常有价值。作者还触及了DMA(Direct Memory Access)的原理,并说明了如何在驱动程序中合理利用DMA来提升数据传输效率,这对于开发涉及大量数据读写的设备(如网络接口卡、存储设备)至关重要。

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