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Raspberry Pi 樹莓派:12 道開胃菜打造 Linux 核心肌群

NT$ 578

 

作者:林有容

出版社:博碩文化

出版日:2021/11/10

描述

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「Ok,你買了幾本 Linux 驅動程式的書,然後呢?」

在學習一個新技術時,往往會期待先從一些簡單的例子出發,再逐漸延伸。
不過,如果這個新技術跟 Linux 核心相關,「一些簡單的例子」可能沒那麼簡單。

如果直接從核心改起,從一些作業系統課常見的名詞出發:行程管理、同步機制、記憶體等,往往會因為更動帶來的影響遍佈整個作業系統,而不知該如何下手。而如果從裝置驅動程式開始,個人電腦的硬體往往缺乏彈性,嵌入式系統則需要另外準備軟、硬體實驗環境、交叉編譯工具鏈等等,也很有可能需要另外使用 QEMU 之類的模擬器除錯。

要開始寫程式,才能驗證所學。但似乎很難找到簡單實驗環境與例子,那該怎麼辦呢?

別擔心!這本書就是來回答這個問題!

本書內容改編自第12屆iT邦幫忙鐵人賽IoT組冠軍系列文章──《Modern Maker : 從那些 Maker 的大小事看 Linux 核心》。本書旨在替理解 Linux 內部提供一個略為不同的切入點,使用創客手邊的 Raspberry Pi 與 Arduino,搭配最普遍使用的 Ubuntu,作為實驗 Linux 核心功能的環境。除此之外,本書援引近五年來的諸多研討會作為第一手材料。手上拿著這本書的你,不用買更多材料,今天回家就可以立刻實驗!

本書內容
Chapter 1:Ftrace 與 eBPF ,介紹 Linux 中的兩個動態追蹤機制:由「即時」分支來的 ftrace ,與近幾年討論度極高的 eBPF。這些工具使得讀者僅使用命令列,就能觀察 Linux 內部的運作。這樣做也容易有「外溢」的效果:如果你在追蹤結果中一直看到某些東西重複出現,自然會好奇這是什麼。於是你就有了一個學新東西的好情境。

Chapter 2:裝置樹與 Linux 裝置框架,介紹裝置樹與 Linux 裝置模型。一方面是更貼近 Maker 的經驗:Maker 們可能常 常在一些感測器、ADC、觸控螢幕的硬體供應商提供說明中,看到疊加裝置樹的指示。介紹裝置樹對於 Maker 來說,可以更深入理解這件事的目的,是非常有幫助的知識。另一方面,核心模組也可以因為結合裝置模型,許多函式可以使用自動資源管理的版本,也有助於讓程式更精簡。

Chapter 3:GPIO ,介紹如何在核心中使用 GPIO 。有了 GPIO 之後,就能在 Chapter 4:IRQ 中使用 GPIO 觸發各種 IRQ,搭配 Chapter 1 的動態追蹤工具,讓讀者可以親自實驗中斷上半部與下半部機制的執行機制、執行前後文、發生時機等等。本書涵蓋的下半部機制包含了 workqueue、softirq、tasklet 與 threaded IRQ。在理解 IRQ 之後,相信讀者在閱讀核心文件時,碰到如「該函式無法在不能休眠的情境使用」之類的敘述時,就不會容易感到困惑。

Chatper 5:I2C ,在介紹核心與使用者空間的 I2C 相關功能之後,Chatper 6:與使用者交換資料中,介紹了字元驅動程式,並且把前述的 I2C 的傳輸包裝成字元驅動程式。 最後則是介紹了專為感測器設計的 IIO 子系統。多數的 ADC、加速規、距離感測器等,有不少可以在 IIO 子系統中找到驅動程式。

本書使用的硬體
這本書使用 Raspberry 4B 與 Arduino Uno。當然,還需要幾條杜邦線。除此之外,為了不讓使用 3.3V 邏輯電壓的 Raspberry Pi 4B 被使用 5V 邏輯電壓的 Arduino Uno 破壞,部分實驗需要使用到邏輯準位轉換器(logic level shifter)。以及在最後的 IIO 實驗中,還需要一個 TCRT5000 紅外線距離感測器,但實際上也可以 Arduino Uno 替代。除此之外,你不需要更多硬體了。

Ok,準備好了,我們就直接開始吧!

目錄

前言

CHAPTER 1 – Ftrace 與 eBPF
前言
實驗一:使用 Ftrace 追蹤核心內部
實驗二:使用 bpftrace 追蹤

CHAPTER 2 – 裝置樹與 Linux 裝置框架
前言
實驗三:核心的規格書小抄— 裝置樹
實驗四:Linux Driver Model (LDM)

CHAPTER 3 – GPIO
前言
實驗五:在裝置樹中描述 GPIO
實驗六:在核心模組中使用 GPIO

CHAPTER 4 – IRQ
實驗七:Hard IRQ 與 Soft IRQ
實驗八:以 GPIO 觸發 IRQ
實驗九:Threaded IRQ

CHAPTER 5 – I2C
實驗十:I2C — 由 User 到 Kernel

CHAPTER 6 – 與使用者交換資料
實驗十一:以字元驅動程式包裝 I2C 傳輸
實驗十二:IIO 子系統簡介
附錄 – 環境與開發工具安裝
附錄一:在樹莓派安裝 Ubuntu 20.04
附錄二:使用 cscope 與 ctags 搜尋原始程式碼

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