会做驱动，才算硬核Linux开发者

成为硬核Linux开发者

Linux系统中的设备驱动开发，一直给人以门槛较高的印象，主要是因为内核机制抽象、还要深度理解硬件工作原理、开发调试难度大等。2021年，一本讲解驱动开发的专著问世即得到市场青睐，畅销近万册，这就是——《Linux 设备驱动开发》。

本书从基础知识出发，分专题透彻讲解了Linux环境下的设备驱动开发知识，帮助读者从零开始构建驱动程序。如今四年过去，作者根据技术发展，对本书内容进行了大量更新，推出《Linux 设备驱动开发（第 2 版）》。

第2版中系统讲解内存管理、IRO管理、加锁机制等嵌入式系统关键内容，透彻分析了时钟源、DMA引擎等核心机制，引入Regmap API等现代驱动开发框架，增加大量综合案例与API详解。

通过本书，读者可以从内核到驱动，一站式精通从内核配置与编译到字符设备、I2C/SPI驱动开发，构建完整知识体系。全书在章节结构上也做了调整，方便读者循序渐进式地学习。

学习Linux驱动开发在当下来说也有着重要意义，从工业物联网（IIoT）的传感器控制、智能汽车的车载系统硬件适配，到边缘计算节点的资源调度，都需要Linux驱动的深度参与。具备驱动开发能力，就是程序员在智能互联网时代的硬核技能。

我们从零起步，现在进入Linux设备驱动开发的世界吧。

从零开始学会Linux设备驱动开发

要快速上手Linux驱动开发，读者需要预备一些基础知识，首先是基本的C语言编程能力，了解数据结构、指针处理和内存分配；然后是掌握Linux系统下的命令行操作，能够搭建开发环境。

软件/硬件要求

操作系统要求

一台计算机，要求具有良好的网络带宽、300G以上磁盘空间和8G以上内存

基于Debian的Linux发行版，本书基于内核 v5.10

市面上的任何Cortex-A嵌入式板（如UDOO QUAD、Jetson Nano、Raspberry Pi和BeagleBone）

Yocto/Buildroot发行版，或者任何嵌入式或特定的操作系统（如树莓派的Raspbian操作系统）

本书在结构上以“入门——进阶——实战”的顺序来编排，分为四大核心模块，建议初学者循序渐进，逐个模块学习，并且同步进行真机操作实践，以获得最佳学习效果。

第1篇：Linux内核开发基础

开篇从环境搭建入手，详细讲解如何获取Linux内核源码，在x86宿主机上配置ARM的Linux内核交叉编译选项，并完成内核编译。接着深入内核模块知识，解析模块的构建逻辑，重点介绍树外构建与树内构建，讲解一些Linux内核编程技巧。

内核配置界面

系统讲解并发与同步、延迟与中断处理等核心辅助函数，包括自旋锁与互斥锁的区别及适用场景、等待队列实现进程休眠等待的机制。以字符设备驱动为实例，涵盖设备号管理、核心数据结构填充及用户与内核空间数据交互，帮助读者完成从理论到简单驱动开发的跨越。

时钟事件和时钟事件设备的关联

第2篇：平台抽象与设备驱动

本篇章先从设备树展开，详细介绍设备树的语法规则，包括节点、属性、phandle的含义与使用，为I2C、SPI等设备编写设备树节点，指定硬件资源，同时讲解如何利用内核API读取设备树信息，实现驱动与硬件的动态适配。

在平台驱动部分，描述平台驱动程序的一般架构，以及如何处理平台数据，深入剖析设备与驱动的匹配机制，让读者理解内核如何自动加载匹配的驱动。

针对嵌入式常用的I2C与SPI总线，拆解总线驱动框架，分别讲解i2c_adapter、i2c_client、i2c_driver和spi_controller、spi_device、spi_driver的核心作用，应对不同总线设备的驱动开发需求。

将SPI从设备和主设备互连

第3篇：充分发挥硬件的潜力

本篇章聚焦硬件性能优化，深入底层机制。在内核内存分配部分，详细讲解32位系统低端内存与高端内存的区别，分析kmalloc、vmalloc、alloc_pages等不同分配器的特点与适用场景。

高端内存和低端内存的划分 高端内存和低端内存的划分

DMA技术是提升数据传输效率的关键，讲解了DMA一致性映射与流映射的区别及应用场景，通过设备树指定DMA通道，申请通道并借助DMA引擎API完成数据传输，给出单缓冲区的DMA综合示例，在实际应用中添加DMA支持，可以大幅降低CPU占用率。

DMA引擎布局

还介绍了Regmap抽象层，展示如何使用Regmap寄存器访问函数，给出基于Regmap的SPI设备驱动程序示例。详解内核IRQ框架，说明中断控制器和中断多路复用，深入研究高级外设IRQ管理。

解析Linux设备模型（LDM），让读者理解kobject/kset的设备管理逻辑，及sysfs暴露设备属性的方式，为开发高效稳定的驱动提供理论与实践支撑。

第4篇：嵌入式领域内的多种内核子系统

本篇章将前面的理论知识与嵌入式高频场景结合，聚焦具体子系统的驱动开发。IIO框架部分，讲解struct iio_dev与struct iio_info结构体，IIO通道的核心作用，指导编写虚拟IIO驱动，实现数据采集与缓冲区功能。

GPIO是嵌入式基础硬件接口，讲解如何编写GPIO控制器驱动程序，在GPIO控制器中启用IRQ芯片。强调弃用旧的整数接口，改用基于描述符的GPIO接口。说明弃用sysfs接口，使用libgpiod库，在用户空间便捷操作GPIO。

多路复用IRQ

介绍了Linux内核输入子系统，并强调了轮询输入设备与中断驱动的输入设备的区别，还讨论了用户空间接口，并提供了一个示例。读者应该已经具备编写任何类型的输入设备驱动程序所需的必要知识，并能够支持任何输入事件。

作者介绍

本书作者约翰·马迪厄，一位生活在法国巴黎的嵌入式Linux及内核工程师。他的主要工作是为物联网、交通、医疗、能源和军事等领域的企业开发设备驱动和板级支持包。

截至目前，Linux仍是嵌入式系统领域的主流内核，其几乎广泛应用于工业界的所有领域，这主要得益于其功能强大的子系统。因此，约翰·马迪厄编写本书向广大开发者普及驱动编程知识，学习之后能够独立完成驱动程序的开发。

结语

在当前人工智能与物联网紧密结合的AIoT时代，各类传感器、可穿戴设备要在低功耗状态下承载智能计算，高效的驱动程序是关键环节。《Linux 设备驱动开发（第 2 版）》降低了驱动开发的学习门槛，是初学者的入门必备宝典。

本书一大特点是内容系统全面，覆盖驱动开发的理论与实践知识，书中以 “基础——进阶——实战” 为核心逻辑，分为4篇17章，构建了从内核底层到场景化应用的完整体系。

从Linux内核开发的环境搭建、模块编程，到设备树、总线驱动，再到内存优化、DMA 技术，最后是IIO、GPIO、输入子系统实战，每一篇都以前一篇为基础，既适合零基础读者入门，也能满足进阶开发者深化学习的需求。

精彩书摘

本书另一大特点是以实战为导向，强调技术的实用性。所有源代码均在x86 PC 和 UDOO QUAD 开发板上测试验证，同时兼容Raspberry Pi、Jetson Nano等主流 Cortex-A 架构嵌入式板，确保代码可直接复现。

代码示例

此外，还提供廉价易得的硬件组件驱动示例，配套讲解开发环境搭建、代码编译与调试步骤，帮助读者快速将理论转化为实践。

本书适合嵌入式工程师、Linux系统管理员及开发人员学习，助力从零开始掌握嵌入式设备驱动编写。

吃透《Linux 设备驱动开发（第 2 版）》，驱动程序开发全拿下，成为硬核程序员，挺立智能互联时代的潮头！