Android深度探索(卷1):HAL与驱动开发电子书

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前言

目录

第一篇 Android驱动开发前的准备

第1章 Android系统移植与驱动开发概述

1.1 Android系统架构

1.2 Android系统移植的主要工作

1.3 查看Linux内核版本

1.4 Linux内核版本号的定义规则

1.5 如何学习Linux驱动开发

1.6 Linux设备驱动

1.6.1 设备驱动的发展和作用

1.6.2 设备的分类及特点

1.7 见识一下什么叫Linux驱动：LED

1.8 小结

第2章 搭建Android开发环境

2.1 Android底层开发需要哪些工具

2.2 安装JDK

2.3 搭建Android 应用程序开发环境

2.3.1 安装Android SDK

2.3.2 安装Eclipse

2.3.3 安装ADT

2.3.4 配置ADT

2.3.5 建立AVD

2.4 安装Android NDK 开发环境

2.4.1 下载Android NDK

2.4.2 安装CDT

2.4.3 命令行方式编译Android NDK 程序

2.4.4 导入Android NDK的例子

2.4.5 配置Android NDK的集成开发环境

2.5 安装交叉编译环境

2.6 小结

第3章 Git使用入门

3.1 安装Git

3.2 查看Git文档

3.3 源代码的提交与获取

3.3.1 创建版本库：git init

3.3.2 将文件提交到本地版本库：git commit

3.3.3 创建本地分支：git branch

3.3.4 切换本地分支：git checkout

3.3.5 在GitHub 上创建开源项目

3.3.6 上传源代码到GitHub：git push

3.3.7 从GitHub 下载源代码：git clone

3.4 小结

第4章 源代码的下载和编译

4.1 下载、编译和测试Android源代码

4.1.1 配置Android源代码下载环境

4.1.2 Android源代码目录结构解析

4.1.3 下载Android源代码中的一部分

4.1.4 编译Android源代码

4.1.5 out目录结构分析

4.1.6 将自己的APK作为Android内置程序发布

4.1.7 用模拟器测试system.img文件

4.2 下载和编译Linux内核源代码

4.2.1 下载Linux内核源代码

4.2.2 Linux内核源代码的目录结构

4.2.3 安装Android内核的编译环境

4.2.4 配置和编译Linux内核

4.3 小结

第5章 搭建S3C6410开发板的测试环境

5.1 S3C6410开发板简介

5.2 安装串口调试工具：minicom

5.3 烧写Android系统

5.4 配置有线网络

5.5 小结

第二篇 Android 底层开发入门

第6章 第一个Linux驱动程序：统计单词个数

6.1 Linux驱动到底是个什么东西

6.2 编写Linux驱动程序的步骤

6.3 第一个Linux驱动：统计单词个数

6.3.1 编写Linux驱动程序前的准备工作

6.3.2 编写Linux驱动程序的骨架（初始化和退出驱动）

6.3.3 指定与驱动相关的信息

6.3.4 注册和注销设备文件

6.3.5 指定回调函数

6.3.6 实现统计单词数的算法

6.3.7 编译、安装、卸载Linux驱动程序

6.4 使用多种方式测试Linux驱动

6.4.1 使用Ubuntu Linux测试Linux驱动

6.4.2 在Android模拟器上通过原生（Native）C 程序测试 Linux驱动

6.4.3 使用Android NDK 测试Linux驱动

6.4.4 使用Java 代码直接操作设备文件来测试Linux驱动

6.4.5 使用S3C6410 开发板测试 Linux驱动

6.4.6 将驱动编译进Linux内核进行测试

6.5 使用Eclipse 开发和测试Linux驱动程序

6.5.1 在Eclipse 中开发Linux驱动程序

6.5.2 在Eclipse 中测试Linux驱动

6.6 小结

第7章 LED 将为我闪烁：控制发光二级管

7.1 LED驱动的实现原理

7.2 编写LED驱动

7.2.1 体验LED驱动的奇妙

7.2.2 创建LED驱动的设备文件

7.2.3 卸载LED驱动的设备文件

7.2.4 设置寄存器与初始化LED驱动

7.2.5 控制LED

7.2.6 LED驱动的模块参数

7.2.7 LED驱动的完整代码

7.3 测试LED驱动

7.3.1 编写测试I/O控制命令的通用程序

7.3.2 使用NDK 测试LED驱动

7.3.3 使用Java 测试LED驱动

7.4 LED驱动的移植

7.5 小结

第8章 让开发板发出声音：蜂鸣器驱动

8.1 Linux驱动的代码重用

8.1.1 编译是由多个文件组成的Linux驱动

8.1.2 Linux驱动模块的依赖（导出符号）

8.2 强行卸载Linux驱动

8.3 蜂鸣器（PWM）驱动

8.3.1 蜂鸣器驱动的原理

8.3.2 实现蜂鸣器驱动

8.3.3 测试蜂鸣器驱动

8.4 小结

第9章 硬件抽象层：HAL

9.1 为什么要在Android 中加入HAL

9.2 Android HAL架构

9.3 为LED驱动增加HAL

9.3.1 编写一款支持HAL的Linux驱动程序的步骤

9.3.2 颠覆Linux驱动的设计理念：精简LED驱动

9.3.3 测试读写寄存器操作

9.3.4 编写调用LED驱动的HAL 模块

9.3.5 编写调用HAL 模块的Service

9.3.6 HAL模块的存放路径和命名规则

9.3.7 编写调用Service的Java库

9.3.8 测试LED驱动

9.4 小结

第10章 嵌入式Linux的调试技术

10.1 打印内核调试信息：printk

10.2 防止printk 函数降低Linux驱动性能

10.3 通过虚拟文件系统（/proc）进行数据交互

10.4 调试工具

10.4.1 用gdb调试用户空间程序

10.4.2 用gdbserver 远程调试用户空间程序

10.4.3 用kgdb远程调试内核程序

10.5 小结

第三篇 Linux驱动开发高级技术

第11章 Linux驱动程序中的并发控制

11.1 并发和竞态

11.2 原子操作

11.2.1 整型原子操作

11.2.2 64位整型原子操作

11.2.3 位原子操作

11.2.4 用原子操作阻止设备文件被多个进程打开

11.3 自旋锁（Spin Lock）

11.3.1 自旋锁的使用方法

11.3.2 使用自旋锁保护临界区

11.3.3 读写自旋锁

11.3.4 使用读写自旋锁保护临界区

11.3.5 顺序锁（seqlock）

11.3.6 使用顺序锁写入正在读取的共享资源

11.4 读—复制—更新（RCU）机制

11.4.1 RCU的原理

11.4.2 RCU API

11.4.3 RCU的应用

11.5 信号量（Semaphore）

11.5.1 信号量的使用

11.5.2 信号量用于同步

11.5.3 读写信号量

11.5.4 使用读写信号量保护临界区

11.6 互斥体（Mutex）

11.7 完成量（Completion）

11.8 小结

第12章 Linux驱动程序中的阻塞和非阻塞 I/O

12.1 等待队列

12.1.1 等待队列原理

12.1.2 等待队列的API

12.1.3 等待队列的使用方法

12.1.4 支持休眠和唤醒的Linux驱动

12.2 轮询操作

12.2.1 用户空间的select 函数

12.2.2 内核空间的poll 函数

12.2.3 以非阻塞的方式访问Linux驱动

12.3 小结

第13章 Linux驱动程序中的异步编程

13.1 信号与异步通知

13.1.1 Linux 信号

13.1.2 接收Linux 信号

13.1.3 发送信号

13.2 异步I/O（AIO）

13.2.1 异步操作的API

13.2.2 异步读写本地文件

13.2.3 Linux驱动中的异步函数（aio_read 和aio_write）

13.2.4 接收信号时异步读取数据

13.2.5 AIO中的回调函数

13.3 小结

第14章 Linux中断和底半部

14.1 什么是中断

14.2 中断处理程序

14.3 Linux中断处理的核心：顶半部和底半部

14.4 获取Linux系统的中断统计信息

14.5 Linux中断编程

14.5.1 注册中断处理程序

14.5.2 注销中断处理程序

14.5.3 编写中断处理函数

14.5.4 共享中断处理程序

14.5.5 禁止和激活中断

14.5.6 禁止和激活中断线

14.5.7 获取中断系统的状态

14.5.8 与中断编程相关的函数和宏

14.6 实例：S3C6410实时钟中断

14.7 中断中下文

14.8 中断的实现原理

14.9 底半部

14.9.1 为什么要使用底半部

14.9.2 实现底半部的机制

14.9.3 软中断

14.9.4 Tasklet

14.9.5 实例：Tasklet 演示

14.9.6 软中断处理线程（ksoftirqd）

14.9.7 工作队列（work queue）

14.9.8 与工作队列相关的API

14.9.9 实例：工作队列演示

14.10 小结

第15章 时间管理

15.1 Linux内核中的时间概念

15.1.1 时钟频率

15.1.2 提高时钟频率的优点和缺点

15.2 节拍总数（jiffies）

15.2.1 访问jiffies

15.2.2 jiffies、时间和时钟频率之间的转换

15.2.3 jiffies的回绕

15.2.4 用户空间和时钟频率

15.3 实时时钟和定时器

15.4 时钟中断处理程序的实现

15.5 读写本地时间

15.6 内核定时器

15.6.1 如何使用内核定时器

15.6.2 实例：秒表定时器

15.7 内核延迟

15.7.1 忙等待

15.7.2 短延迟

15.7.3 休眠延迟（schedule_timeout）

15.8 小结

第16章 内存管理与I/O访问

16.1 内存管理模式

16.1.1 内存的基本单位：页（Page）

16.1.2 页的逻辑划分：区（zone）

16.1.3 获取页

16.1.4 释放页

16.2 分配连续的内存空间（Kmalloc）

16.2.1 gfp_mask标志

16.2.2 释放内存（kfree）

16.3 分配不连续的内存空间（vmalloc）

16.4 全局缓存（slab）

16.4.1 Slab层的实现原理

16.4.2 Slab分配器

16.4.3 示例：从Slab 高速缓存中分配和释放对象

16.5 Linux内存池

16.5.1 内存池的实现原理

16.5.2 示例：从内存池获取对象

16.6 虚拟地址与物理地址之间的转换

16.7 设备I/O端口与I/O内存

16.7.1 读写I/O端口

16.7.2 读写I/O内存

16.7.3 将I/O端口映射为I/O内存

16.7.4 申请和释放设备I/O端口和I/O内存

16.7.5 使用设备I/O端口和I/O内存的一般步骤

16.8 内核空间与用户空间共享数据

16.8.1 内存映射与VMA

16.8.2 示例：用户程序读取内核空间数据

16.9 I/O内存静态映射

16.10 小结

第四篇 Linux 设备驱动与Android底层开发

第17章 RTC驱动

17.1 实时时钟（RTC）结构与移植内容

17.1.1 RTC系统的结构

17.1.2 RTC驱动主要的移植工作

17.2 RTC系统中的Android 部分

17.2.1 警报管理：AlarmManager

17.2.2 警报服务：AlarmManagerService

17.2.3 直接与Alarm驱动交互的JNI代码

17.3 Alarm驱动的分析与移植

17.3.1 Alarm驱动简介

17.3.2 Alarm驱动中的关键数据结构

17.3.3 Alarm驱动的应用层接口（alarm_dev.c）代码分析

17.3.4 Alarm驱动的通用文件（alarm.c）代码分析

17.4 RTC驱动的分析与移植

17.4.1 实时时钟（RTC）的特性

17.4.2 RTC的结构

17.4.3 RTC芯片的寄存器

17.4.4 RTC驱动的用户空间接口

17.4.5 RTC系统组件之间的调用关系

17.4.6 设备文件（/dev/rtc0）的I/O命令

17.4.7 sysfs虚拟文件处理函数

17.4.8 proc虚拟文件处理函数

17.5 小结

第18章 LCD驱动

18.1 LCD 简介

18.1.1 液晶的工作原理

18.1.2 LCD的种类

18.1.3 LCD的技术参数

18.1.4 LCD 时序图

18.2 LCD驱动结构分析和移植要点

18.3 帧缓冲（FrameBuffer）驱动设计与实现

18.3.1 FrameBuffer 设备

18.3.2 示例：通过dd 命令与FrameBuffer设备文件交互

18.3.3 示例：编写访问FrameBuffer设备文件的程序

18.3.4 FrameBuffer驱动的架构

18.3.5 FrameBuffer驱动主要的数据结构

18.3.6 如何在Linux内核中查找指定的内容

18.3.7 FrameBuffer驱动设备事件的处理（fbmem.c）

18.3.8 FrameBuffer驱动源代码分析与移植

18.4 FrameBuffer驱动的HAL层分析

18.4.1 Gralloc库

18.4.2 初始化HAL Gralloc的核心结构体

18.4.3 获取Gralloc HAL模块

18.4.4 与FrameBuffer设备文件交互

18.5 调用Gralloc HAL库

18.6 小结

第19章 音频驱动

19.1 音频驱动基础

19.1.1 数字音频简介

19.1.2 ALSA架构简介

19.1.3 ALSA设备文件

19.1.4 数字采样与数字录音

19.1.5 混音器

19.1.6 音频驱动的目录结构

19.1.7 音频设备硬件接口

19.1.8 ALSA架构支持的声卡芯片

19.2 AC97芯片的寄存器

19.2.1 控制寄存器

19.2.2 状态寄存器

19.2.3 编解码器命令寄存器

19.2.4 编解码器状态寄存器

19.2.5 PCM输出/输入通道FIFO数据寄存器

19.2.6 MIC输入通道FIFO地址寄存器

19.2.7 PCM输出/输入通道FIFO数据寄存器

19.2.8 MIC输入通道FIFO数据寄存器

19.3 创建声卡

19.3.1 声卡的顶层数据结构

19.3.2 创建声卡的步骤

19.3.3 示例：基于ARM的AC97音频驱动

19.4 音频逻辑设备

19.4.1 创建PCM 设备

19.4.2 创建录音和播放设备文件节点

19.4.3 创建Control 设备数据结构

19.4.4 创建Control 设备

19.4.5 注册与打开音频字符设备

19.5 嵌入式设备中的ALSA（ASoC）

19.5.1 什么是ASoC

19.5.2 ASoC的硬件架构

19.5.3 ASoC的软件架构

19.5.4 如何确定S3C 开发板使用了哪个音频驱动

19.5.5 ASoC架构中的Machine

19.5.6 ASoC架构中的Codec

19.5.7 ASoC架构中的Platform

19.6 音频驱动的HAL 分析

19.6.1 实现HAL Library

19.6.2 调用HAL Library

19.7 小结

第20章 Linux 块设备驱动

20.1 块设备简介

20.2 块设备的体系架构

20.3 块设备的数据结构与相关操作

20.3.1 磁盘设备（gendisk结构体）

20.3.2 block_device_operations结构体

20.3.3 I/O请求（request结构体）

20.3.4 请求队列（request_queue结构体）

20.3.5 块I/O（bio 结构体）

20.4 块设备的加载和卸载

20.5 块设备的打开和释放

20.6 块设备的ioctl 函数

20.7 块设备驱动的I/O请求处理

20.7.1 依赖请求队列

20.7.2 不依赖请求队列

20.8 实例1：依赖请求队列的RamDisk

20.9 在嵌入式设备上测试块设备驱动

20.9.1 编译、配置和安装Busybox

20.9.2 测试块设备驱动

20.10 实例2：不依赖请求队列的RamDisk

20.11 扇区与磁盘碎片整理

20.12 小结

第21章 网络设备驱动

21.1 Linux网络设备驱动的结构

21.1.1 网络协议接口层

21.1.2 网络设备接口层

21.1.3 设备驱动功能层

21.1.4 网络设备与媒介层

21.2 网络设备驱动设计与实现

21.2.1 网络设备的注册与注销

21.2.2 网络设备的初始化

21.2.3 网络设备的打开与释放

21.2.4 发送数据

21.2.5 接收数据

21.2.6 网络连接状态

21.3 示例：DM9000 网卡设备驱动

21.3.1 如何确定S3C6410 开发板使用的网络设备

21.3.2 DM9000网卡硬件描述

21.3.3 网络设备驱动的定义与安装

21.3.4 初始化DM9000网卡设备驱动

21.3.5 移出网络设备

21.3.6 打开和停止DM9000网卡

21.3.7 发送数据

21.3.8 接收数据

21.3.9 设置广播地址

21.4 小结

第22章 USB驱动

22.1 USB设备简介

22.2 USB驱动与USB核心之间的交互

22.2.1 端点（Endpoint）

22.2.2 接口（Interfaces）

22.2.3 配置（Config）

22.3 USB设备的核心数据结构

22.3.1 USB设备：usb_device结构体

22.3.2 USB驱动：usb_driver结构体

22.3.3 识别USB 设备：usb_device_id 结构体

22.3.4 USB端点：usb_host_endpoint结构体

22.3.5 USB接口：usb_interface结构体

22.3.6 USB配置：usb_host_config结构体

22.4 描述符数据结构

22.4.1 设备描述符

22.4.2 配置描述符

22.4.3 接口描述符

22.4.4 端点描述符

22.4.5 字符串描述符

22.4.6 查看描述符信息

22.5 USB和sysfs

22.6 URB（USB请求块）

22.6.1 URB 结构体

22.6.2 URB的处理流程

22.6.3 简单的批量与控制URB

22.7 USB驱动程序的结构

22.8 鼠标驱动分析

22.9 小结

光盘链接