「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！