嵌入式Linux驱动开发工程师、BSP工程师、系统移植工程师、需要深入理解Linux内核与硬件交互的软件工程师。
理解Linux内核模块编程的基本概念与内核空间/用户空间的划分。
掌握字符设备驱动、平台设备驱动、设备树等核心技术。
能够独立完成典型外设(GPIO、I2C、SPI、UART)的Linux驱动开发。
Linux驱动开发概述:驱动程序在Linux系统中的位置;内核空间与用户空间的划分;系统调用接口(SCI);设备文件与主/次设备号;驱动的类型(字符设备、块设备、网络设备)。
内核模块编程:内核模块的基本结构(init、exit);模块的编译(Makefile编写);模块的加载与卸载(insmod、rmmod、modprobe);模块参数传递;模块依赖与符号导出。
字符设备驱动:字符设备驱动的框架;cdev结构体的初始化与注册;文件操作结构体(file_operations)的填充;open、read、write、ioctl、release等方法的实现;设备号的管理(静态分配、动态分配)。
并发与竞争:内核中的并发来源(SMP、中断、内核抢占);互斥机制(信号量、互斥锁、自旋锁、原子变量、读写锁);自旋锁与信号量的选择;中断上下文中的锁使用。
阻塞与非阻塞I/O:等待队列(wait_queue)的原理与使用;阻塞型读写操作的实现;非阻塞型操作与轮询(poll、select)的实现;内核中的异步通知(fasync)。
中断处理:中断注册(request_irq、devm_request_irq);中断处理函数的上半部(顶半部)与下半部(底半部)机制;下半部的实现方式(软中断、tasklet、工作队列);共享中断与中断线共享。
时间管理与内核定时器:内核中的时间概念(jiffies、HZ);内核定时器(timer_list)的使用;高精度定时器(hrtimer);延迟操作(mdelay、udelay、ndelay、msleep、schedule_timeout)。
设备树(Device Tree):设备树的引入背景(解决平台设备代码冗余);设备树的语法(dts、dtsi、dtb);设备树节点与属性的定义;compatible属性的匹配;设备树在驱动中的解析(of_match_table、of_property_read_*)。
平台设备驱动:平台设备(platform_device)与平台驱动(platform_driver)的概念;平台总线的匹配机制;platform_driver的注册;设备树与平台设备的结合;设备资源(IO内存、中断)的获取(platform_get_resource)。
IO内存与寄存器访问:IO内存与IO端口的区别;内存映射I/O(ioremap、ioremap_nocache);寄存器读写函数(ioread8/16/32、iowrite8/16/32);地址空间与MMU的关系。
I2C/SPI总线驱动:I2C子系统架构(适配器、算法、客户端);I2C设备驱动的编写(i2c_driver);I2C消息的传输(i2c_transfer、i2c_master_send/recv);SPI子系统架构;SPI设备驱动的编写(spi_driver);SPI消息的传输(spi_sync、spi_write_then_read)。
综合实战项目:典型外设的Linux驱动开发全流程(如GPIO按键驱动、I2C传感器驱动、SPI显示屏驱动),包含设备树编写、驱动代码实现、模块加载测试与应用层验证。