私はどのようにしてLinuxカーネルを学んだか Device Tree編 -

タイトル
私はどのようにしてLinuxカーネルを学んだか　Device Tree編　ゆたかさんの技術書

著者名
平田豊,MBビジネス研究班

発売日
電子書籍：2020/11/27
紙書籍（POD）：2020/12/3

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DeviceTree

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概要

【書籍説明】

組み込みエンジニアとして組み込みLinux開発を行うにあたって、Device Tree(デバイスツリー)というしくみがよく分からなくて困っているのではないでしょうか？

本書では組み込みLinux開発において必須知識となっているDevice Treeについて、じっくりと基本的なところから学ぶことができます。

Device Treeをまったく知らないエンジニアのために、デバイスドライバの基礎のおさらいを行い、Device Treeを基本から学べるようにお話を進めていきます。

Device Treeを知れば、組み込みLinux開発における必修科目は無事に履修完了です。そして、デバイスドライバの理解もより深まり、技術者としてのスキルもパワーアップです。

筆者も日々エンジニアとして学びの毎日であり、人生勉強です。筆者といっしょに新しい知識を学んでいただけたら幸いです。

なお、本書に登場するLinuxカーネルのソースコードは、カーネルバージョン5.6系をベースとしたラズパイ(Raspberry Pi)向けのものを採用しています。
LinuxディストリビューションはUbuntu 20.04 LTSを使用しています。

【著者紹介】

平田豊（ヒラタユタカ）
1976年兵庫県生まれ。石川県金沢在住。執筆活動歴は20年以上で、著書は23冊。
神戸大学工学部情報知能工学科を卒業後、日本電気株式会社に入社。
20年勤務して自主退職後、フリーランス(個人事業主)として独立起業。
YOULAB(ユウラボ)代表。
事業内容は組み込みソフトウェア開発、市販書籍執筆、市販書籍の企画および編集。

【目次】

第1章開発環境とカーネルバージョン
1.1 カーネルバージョンと組み込み界隈の事情
1.2 組み込みLinuxのアーキテクチャ
1.3 開発環境の検討と構築
1.4 組み込み機器の検討と選定
1.5 組み込みLinuxの動作検証方法
1.6 サンプルデータのダウンロードサービス

第2章開発環境の構築
2.1 Linuxディストリビューション
2.2 QEMUの導入
2.3 クロスコンパイラの導入
2.4 クロスコンパイラの動作確認
2.5 Linuxカーネルのビルド

第3章 QEMU向けLinuxカーネルの構築
3.1 実機とエミュレータは異なる
3.2 ARM Versatileを使う
3.3 カーネルへのパッチ適用
3.4 カーネルコンフィグレーション
3.4.1 General setup
3.4.2 System Type
3.4.3 Enable loadable module support
3.4.4 Device Drivers
3.4.5 File systems
3.4.6 Library routines
3.4.7 カーネルコンフィグレーションの終了
3.5 カーネルのビルド
3.6 QEMUからのカーネル起動

第4章デバイスドライバの基礎
4.1 デバイスドライバとはなにか
4.2 デバイスドライバのソースコード
4.3 ユーザー空間とカーネル空間
4.4 デバイスドライバのビルドと実行
4.5 空間の違いを体験する
4.6 ハードウェアの制御方法
4.7 I/Oアクセス
4.7.1 メモリマップドI/O
4.7.2 I/Oポート
4.8 割り込み
4.9 ARMアーキテクチャのケース
4.9.1 メモリマップドI/O
4.9.2 I/Oポート
4.9.3 割り込み

第5章 Device Treeの基礎
5.1 ハードウェアの情報管理
5.2 ハードウェアの改修対応
5.3 改修対応がよくないケース
5.4 Linuxカーネルでの問題点
5.5 Device Treeのしくみ
5.6 DTBの作り方
5.7 DTBの格納方法
5.8 x86でDevice Treeを使わない理由
5.9 ソフトウェア更新の課題
5.10 DTSの基本

第6章 Device Treeの詳細
6.1 ブートローダーからの受け渡し方法
6.2 ATAGS
6.2.1 ATAGSのパラメーター一覧
6.2.2 ATAGSのフォーマット
6.2.3 ATAGSのチェック
6.3 Device Treeの渡し方
6.4 Device Treeの起動時チェック
6.5 Device Treeのマッチング
6.6 Device Treeの訂正
6.7 Device Treeのノード検索
6.8 Device Treeの初期参照
6.8.1 __atags_pointer
6.8.2 initial_boot_params
6.9 Device Treeの展開
6.10 Linux上での見え方

第7章カーネルコンフィグレーション
7.1 ARMアーキテクチャ固有の設定
7.2 汎用的な設定

第8章 DTBへのアクセス処理
8.1 of_fdt.hヘッダ
8.2 memory.hヘッダ
8.3 libfdt.hヘッダ

第9章デバイスドライバからのアクセス
9.1 デバイスドライバの書き方
9.2 of_rootを使ったアクセス
9.3 プラットフォームデバイスとドライバ
9.4 Device Treeへの対応
9.4.1 platform deviceの作り方
9.4.2 platform driverの作り方
9.5 platform driver以外のデバイスドライバ
9.6 Versatileのplatform deviceとplatform driver
9.7 Device Treeからの情報取得の実例
9.7.1 ネットワークと割り込み
9.7.2 シリアルコンソールとearlycon
9.8 関数リファレンス

第10章オーバーレイとDynamic Device Tree
10.1 オーバーレイ
10.1.1 カーネルコンフィグレーション
10.1.2 オーバーレイ用Device Tree
10.1.3 オーバーレイの追加と削除を行うカーネル関数
10.1.4 DTBをアセンブラソースで取り込む
10.1.5 ConfigFSでDTBを送り込む
10.1.6 platform driverの作り方
10.2 Dynamic Device Tree
10.2.1 使用例
10.2.2 使用可能な関数
10.2.3 デバイスドライバのサンプル

【索引】

索引名	ページ数
#address-cells	295
#include	224
#size-cells	295
%pS	364
.config	72
a.out	46
ACPI	209
ACPIテーブル	210
AMBA	353
AML	210
ARM	11
ARM Versatile/PB	63
arm-linux-gnueabihf-gcc	43
ARMアーキテクチャ	11
ASL	210
ATAGS	229, 249
B	237
BAR	140
BIOS	127
BL	237
BLOB	196
BNE	265
clang	12
compatible	220, 284
ConfigFS	422
CTRL+ALT+Gキー	37
Device Tree	11, 193, 271
DT	196
DTB	196
DTC	202
dtcコマンド	221
DTS	202
Dynamic Device Tree	413, 425
earlycon	376
ext4	28
fdiskコマンド	28
fdt	274
FIFO	380
fileコマンド	46
FIQ	171
gcc	12
GitHub	16
gitリポジトリ	42
I/O	122
I/Oポート	145
if文の嵐	190, 192
IRQ	155
Kconfig	68
lddコマンド	49
LDM	241
LDR	265
Linuxカーネル	7
Linuxディストリビューション	11
losetupコマンド	29
LR	232
magicフィールド	201
MMIO	124
modinfoコマンド	33, 104
module_driverマクロ	331
mountコマンド	29
mrproper	51
netstatコマンド	24
of_match_table	356
of_node	357
of_root	332
of_root変数	304
Oops	119
Open Firmware	272
panic_on_oops	119
PC	177, 232
phandle	369
platform device	335
platform driver	335
QEMU	18, 27
Raspberry Pi	16
raspi-configコマンド	37
regプロパティ	295
resource構造体	358
SoC	53
sshpass	48
ssコマンド	26
STM	241
sudo	25
TST	265
UART	374
u-boot	31, 204, 229
Ubuntu	11
vic	373
WARNマクロ	372
WDT	121
x86	10
x86_64	10
zImage	235, 310
アセンブラのコード	221
エラッタ	199
エンディアン	273
エントリポイント	230
オーバーレイ	412
オンラインアップデート	215
オンラインファームウェアアップデート	215
カーネル・スタートアップ・エントリポイント	240
カーネル空間	94
カーネルコンフィグレーション	72
カーネルパニック	119
カーネルモジュール	33
開発効率	191
仮想メモリ	94
機器の故障	188
木構造	219
クロスコンパイラ	13
コメント	219
再帰呼び出し	353
条件実行機能	266
シリアルコンソール	376
スプリアス割り込み	156
静的リンク形式	100
セルフコンパイラ	13
ソフトウェアビジビリティ	183
ダイナミックリンカーローダー	49
チェックサム	280
デバイスツリー	193, 219
デバイスドライバ	88
動的リンク形式	100
ノード	289
ハードウェアリビジョン	185
パワーオンリセット	31
ビッグエンディアン	302
ブートローダー	204
プリプロセス機能	185
プリプロセッサ	224
プログラムカウンタ	232
プロパティ	220
プロプライエタリ	31, 205
ベースアドレス	179
ベクタテーブル	172
ポート番号	179
保守のコスト	191
メモリマッピング	182
メモリマップドI/O	124
ユーザー空間	94
ユニットアドレス	291
呼び出し規約	231
ラズパイ	16
リンカースクリプト	173
ルートファイルシステム	27
例外	171
ワークアラウンド	199
割り込み	123
割り込み番号	154, 179
割り込み要因	138