Linux Driver Development with Raspberry Pi - Practical Labs

توسعه درایور لینوکس با Raspberry Pi - آزمایشگاه های عملی

سیستم های جاسازی شده به بخشی جدایی ناپذیر از زندگی روزمره ما تبدیل شده اند. آنها در دستگاه های تلفن همراه، زیرساخت های شبکه، دستگاه های خانگی و مصرف کننده، علائم دیجیتال، تصویربرداری پزشکی، اطلاعات سرگرمی خودرو و بسیاری از برنامه های صنعتی دیگر مستقر هستند. استفاده از سیستم های تعبیه شده به طور تصاعدی در حال رشد است. بسیاری از این سیستم‌های تعبیه‌شده توسط یک سیستم روی تراشه (SoC) ارزان و در عین حال قدرتمند که یک سیستم عامل لینوکس را اجرا می‌کند، تغذیه می‌شوند. BCM2837 از Broadcom یکی از این SoC ها است که از چهار هسته ARM Cortex A53 با فرکانس 1.2 گیگاهرتز استفاده می کند. این SoC مورد استفاده در بردهای محبوب Raspberry Pi 3 است.

این کتاب رویکرد یادگیری با انجام را دنبال می‌کند، بنابراین شما از فصل اول با Raspberry Pi خود بازی خواهید کرد. علاوه بر برد Raspberry Pi، از چندین برد کم هزینه برای توسعه نمونه های عملی استفاده خواهید کرد. در آزمایشگاه ها، معنی هر مرحله با جزئیات توضیح داده شده است تا بتوانید از اجزای سخت افزاری خود برای تطبیق محتوای کتاب با نیازهای خود استفاده کنید.

شما یاد خواهید گرفت که چگونه درایورهای لینوکس را برای Raspberry توسعه دهید. تخته های پی. شما با ساده‌ترین مواردی که با هیچ سخت‌افزار خارجی تعامل ندارند، شروع می‌کنید، سپس درایورهای لینوکس را توسعه می‌دهید که انواع مختلف دستگاه‌ها را مدیریت می‌کنند: شتاب‌سنج، DAC، ADC، RGB LED، دکمه‌ها، کنترل‌کننده جوی استیک، کنترل‌کننده LED چند نمایشگر و من. گسترش دهنده های /O از طریق اتوبوس های I2C و SPI کنترل می شوند. همچنین درایورهای DMA، درایورهای دستگاه USB، درایورهایی که وقفه‌ها را مدیریت می‌کنند و درایورهایی که روی رجیسترهای داخلی SoC می‌نویسند و می‌خوانند تا GPIO‌های آن را کنترل کنند، توسعه خواهید داد. برای سهولت توسعه برخی از این درایورها، از انواع مختلفی از زیرسیستم های هسته لینوکس استفاده خواهید کرد: متفرقه، LED، UIO، USB، ورودی و ورودی/خروجی صنعتی. بیش از 30 ماژول هسته نوشته شده است (علاوه بر چندین برنامه کاربردی) که می توانید از مخزن GitHub کتاب دانلود کنید.

این کتاب از هسته لینوکس پشتیبانی طولانی مدت (LTS) 5.4 استفاده می کند که در تاریخ انتشار یافته است. نوامبر 2019 و تا دسامبر 2025 حفظ خواهد شد. درایورها و برنامه های کاربردی لینوکس توسعه یافته در آزمایشگاه ها به سه برد Raspberry Pi مختلف منتقل شده اند: Raspberry Pi 3 Model B، Raspberry Pi 3 Model B و Raspberry Pi 4 Model B.

این کتاب یک ابزار یادگیری برای شروع توسعه درایورها بدون هیچ دانش قبلی در مورد این زمینه است، بنابراین قصد در طول نگارش آن توسعه درایورهایی بدون سطح پیچیدگی بالا بوده است که هم به تقویت مفاهیم اصلی توسعه محرک کمک می کند و هم می تواند نقطه شروعی برای کمک به شما برای توسعه درایورهای خود باشد. و، به یاد داشته باشید که بهترین راه برای توسعه یک درایور، نوشتن آن از ابتدا نیست. می‌توانید از کدهای رایگان از درایورهای مشابه هسته لینوکس استفاده کنید. همه درایورهای نوشته شده در سراسر این کتاب دارای مجوز GPL هستند، بنابراین می توانید آنها را تحت همان مجوز تغییر داده و دوباره توزیع کنید.

Linux Driver Development with Raspberry Pi - Practical Labs

Embedded systems have become an integral part of our daily life. They are deployed in mobile devices, networking infrastructure, home and consumer devices, digital signage, medical imaging, automotive infotainment and many other industrial applications. The use of embedded systems is growing exponentially. Many of these embedded systems are powered by an inexpensive yet powerful system-on-chip (SoC) that is running a Linux operating system. The BCM2837 from Broadcom is one of these SoCs, running quad ARM Cortex A53 cores at 1.2GHz. This is the SoC used in the popular Raspberry Pi 3 boards.

This book follows the learning by doing approach, so you will be playing with your Raspberry Pi since the first chapter. Besides the Raspberry Pi board, you will use several low-cost boards to develop the hands-on examples. In the labs, it is described what each step means in detail so that you can use your own hardware components adapting the content of the book to your needs.

You will learn how to develop Linux drivers for the Raspberry Pi boards. You will start with the simplest ones that do not interact with any external hardware, then you will develop Linux drivers that manage different kind of devices: Accelerometer, DAC, ADC, RGB LED, Buttons, Joystick controller, Multi-Display LED controller and I/O expanders controlled via I2C and SPI buses. You will also develop DMA drivers, USB device drivers, drivers that manage interrupts and drivers that write and read on the internal registers of the SoC to control its GPIOs. To ease the development of some of these drivers, you will use different types of Linux kernel subsystems: Miscellaneous, LED, UIO, USB, Input and Industrial I/O. More than 30 kernel modules have been written (besides several user applications), which can be downloaded from the book's GitHub repository.

This book uses the Long Term Support (LTS) Linux kernel 5.4, which was released on November 2019 and will be maintained until December 2025. The Linux drivers and applications developed in the labs have been ported to three different Raspberry Pi boards: Raspberry Pi 3 Model B, Raspberry Pi 3 Model B+ and Raspberry Pi 4 Model B.

This book is a learning tool to start developing drivers without any previous knowledge about this field, so the intention during its writing has been to develop drivers without a high level of complexity that both serve to reinforce the main driver development concepts and can be a starting point to help you to develop your own drivers. And, remember that the best way to develop a driver is not to write it from scratch. You can reuse free code from similar Linux kernel mainline drivers. All the drivers written throughout this book are GPL licensed, so you can modify and redistribute them under the same license.