Linux 驅動程式完整訓練：Jollen 的 10 堂課（入門）－第 34 期
本課程內容累積超過 10 年以上的公開課程經驗，內容精實且設計完整，並堅持小班教學，讓大家都可以得到最佳的上課品質。Linux 驅動程式是一門進入門檻較高的學科，在講師過去的授課經驗中發現，其自學難度高的主要原因之一是缺乏有效的學習方法，Jollen 依據自己多年的教學經驗，設計了一套有效率的學習方法，能協助工程師快速掌握 Linux 驅動程式的核心觀念。
如何學好 Linux 驅動程式？Linux Device Driver 的學習方式，首重「完整的觀念體系」，面對現有的 Driver 程式碼時，才能輕鬆應對。本課程帶領同學「從無到有撰寫架構良好的驅動程式」，並「對作業系統原理進行分析」，透過一個完整驅動程式的分析與研發過程，讓同學親身體驗一個高品質驅動程式形成的每個細節，真正學會 Linux Device Driver。—Moko365 Team
課程方向
本課程帶領同學「從無到有撰寫架構良好的驅動程式」，並「對作業系統原理進行分析」，透過一個完整驅動程式的分析與研發過程，讓同學親身體驗一個高品質驅動程式形成的每個細節，真正學會 Linux Device Driver。「Linux 驅動程式完整訓練：Jollen 的 10 堂課」內容相當廣泛。進入 Embedded Linux System 領域，並打造厚實基礎能力，最重要的軟體課程，就是 Linux 驅動程式。
品質特色
Linux 驅動程式是一門進入門檻較高的學科，在講師過去的授課經驗中發現，其自學難度高的主要原因之一是缺乏有效的學習方法，講師依據自己多年的教學經驗，設計了一套有效率的學習方法，能協助工程師快速掌握 Linux 驅動程式的核心觀念。
台灣首屈一指的 Linux 驅動程式課程，超過 10 年的公開課紀錄，企業內訓指名講師。除了驅動程式的設計與實作，會因為要與 Android 整合而有所不同，Jollen 老師特別整理過去的研發經驗，為同學說明這個部份的技術。Jollen 老師過去為多家科技大廠提供顧問服務，所累積的心得，也整合至課程內容。本課程將繼續堅持小班教學，讓大家都可以得到最佳的上課品質。
更新通知
課程已針對 Kernel 4.x 進行更新
課程代號
SP001
課程簡介
Linux 驅動程式是一門進入門檻較高的學科，在 Jollen 過去的授課經驗中發現，其自學難度高的主要原因之一是缺乏有效的學習方法；主題本身雖然也有難度，但卻未必是學不通的主因。
技術性課程的教育訓練，是否能帶給同學優質的學習，教材內容是否包含一般化的材料（不能只是 Case Study），也是重點。
目前雖然有 O’reilly 的 Linux Device Drivers, 3e 聖經本，但對初學者而言，若沒有一個有效的學習方法，想要有效率地學會驅動程式，仍然是比較有難度的。Jollen 依據自己多年的教學經驗，設計了一套有效率的學習課程，Jollen 課程的目的是為了協助工程師快速掌握 Linux 驅動程式的核心觀念。本文的目的則是說明研讀 Linux 驅動程式的正確方法。
學好驅動程式
Linux 驅動程式的重點在於「觀念」而非程式碼的語法，Linux 驅動程式觀念的核心精神為如何設計機制良好的 Kernel 程式。善用 Linux 的 APIs 來設計機制（Mechanism）與行為（Behavior）良好的驅動程式，是學習 Linux 驅動程式的重點。
對 Device Driver 設計師而言，我們所要做的工作可分成 2 個層面來討論：Virtual Device Driver 與 Physical Device Driver。
Virtual Device Driver：
往上層支援 Linux Kernel 所提供的 Virtual File System 層，並藉此實作 System Calls。使用者可透過 System Call Interface 與 Device Driver 溝通。
Physical Device Driver：
往下層使用 Linux Kernel 所提供的 Device Interface 來存取並控制實體硬體裝置。 Virtual Device Driver 的主題重要性大於 Physical Device Driver，如何善用 Linux 所提供的介面（Interface）來設計驅動程式，並配合 User Application 來設計應用程式是這個主題的重點。
與 User Application 如何互動，是撰寫驅動程式時所要考慮的重要一環，只考量驅動程式本身的設計，而忽略或輕忽 User Application 的設計，是錯誤的觀念。 Jollen 的 10 堂課，獨家並且觀念正確的帶領您了解 User-space 與 Kernel-space 的關係。
Virtual Device Driver 的目的在於善用 Linux 的 APIs 來設計機制（Mechanism）與行為（Behavior）良好的驅動程式，因此「觀念」的重要性遠大於「語法」的討論。
Physical Device Driver 則是討論「如何透過 I/O memory」來控制裝置，也就是與晶片組的溝通。 Linux Device Driver 的撰寫必須多了解一些更低階或低層的硬體知識，才能融會貫通。站在軟體與韌體的角度而言，我們不必要太深入硬體的實作細節，但了解其原理對增進功力是絕對有幫助的。
自我評量：您學到是真正的驅動程式開發？
若您已是 Linux 驅動程式初學者，或是參加過其它 Linux 驅動程式課程，可藉由以下問題，衡量您是否真正了解 Linux 驅動程式的設計。
考量以下 5 種作業系統狀態（Status）：
- (1) Driver Code Reentrancy
- (2) Thread Concurrent Access
- (3) SMP
- (4) Interrupt-Mode
- (5) Task in Process Context
問題一：哪些會造成 Driver 出現同步問題？
問題二：經驗上，single process 存取 Driver 時，會出現哪些同步問題？
問題三：經驗上，multi-thread 存取 Driver 時，會出現哪些同步問題？
問題四：分析與思考 Framebuffer 驅動程式的設計，哪些現象會影響效能？
問題五：如上，如何改進？
Jollen 的 10 堂課帶您寫出好程式。課程範例經過嚴謹的設計，課程不使用「實驗用」的程式碼（Simple Code）做為範例；在專業的研發工作上，這類型的程式碼又稱為玩具碼（Disty Code），雖然透過 Simple Code 是一種很好的學習方式，但專業性不足，面臨真正研發工作時，仍不知所措。請選擇真正有正確教學內容的 Linux 驅動程式課程！
課程大綱
上課時數：24 小時，共計 4 天。
| 時程 | 上課大綱 | 講師 |
|---|---|---|
| 第一天 09:30 am－04:30 pm |
第 01 堂課：Linux 驅動程式架構（包含 Kernel 4.x） | Jollen |
| 第二天 09:30 am－04:30 pm |
第 02 堂課：Linux 驅動程式設計流程 | Jollen |
| 第三天 09:30 am－04:30 pm |
第 03 堂課：I/O 存取觀念與 read/write 第 04 堂課：Blocking I/O 與 Wait Queue |
Jollen |
| 第四天 09:30 am－04:30 pm |
第 05 堂課：Kernel Timer 與 Work Queue 第 06 堂課：中斷處理（Interrupt Handling）與 Bottom Half |
Jollen |
Subsystem 分層架構
Linux 驅動程式採用分層架構的觀念設計，透過「註冊」與「回呼」的機制（Registration and Callback）來清楚地區分每一層的關係。初學者若無法掌握 Linux 驅動程式分層設計的關念，甚致無法接受層架構的觀念的話，當然也就無法有效學會 Linux 驅動程式。
Linux Kernel 這種分層架構的實作，必須利用以下 2 個步驟方能實現：
- 下層呼叫上層所提供的註冊函數，將自己註冊到上層。
- 上層驅動程式 Callback 下層。
分層架構的實作必須在下層將自己註冊給上層，上層再回呼下層；上層的驅動程式必須提供註冊函數供下層呼叫，下層驅動程式所使用的註冊函數也將決定自己的上層架構。
最上層的驅動呼叫的註冊函數是由 Linux Kernel 所提供的基本註冊函數，因此最上層的驅動程式是將自己註冊到 Linux Kernel 裡，即 Virtual Filesystem 層。下層註冊到上層的實作只需要使用上層所提供的註冊函數即可，上層的驅動程式必須能處理下層的註冊動作。
研讀 Linux 驅動程式時，必須先將驅動程式的分層關係畫清楚，才能有效率地閱讀原始程式碼。Jollen 的 10 堂課，將有精采的分層架構觀念解析，並帶領同學親自動手，設計一個分層架構完整的嚴謹 Driver。
Embedded Linux Device Driver
您學的是真正的「Embeded Linux Device Driver」？
LLinux Kernel 現存的驅動程式，都可以經由簡單修改與 Cross Compile 移植到嵌入式裝置，或是開發板上，而這些驅動程式，原本就能在 PC 以及其它硬體上執行；因此，修改 I/O memory 的存取方式，並進行 Cross Compile 後安裝至開發板，並不是真正的「Embedded 」驅動程式
正確的 Embedeed 驅動程式，需要考量「目標裝置的特性」與「硬體規格」，接著再進行驅動程式的調整，以符合裝罝特性。例如：針對記憶體很小的硬體裝置，加入 Linux 2.6 的新機制「Compcache」，或是針對手持裝置，加入「Software Suspend」的功能
針對 Embedded 的應用，Jollen 的 10 堂課特別加入「Embedded Linux Device Driver」的新課程內容，教您撰寫正確的嵌入式驅動程式！
實作練習：
第一階段
共 15 道精心設計題目，教同學從無到有寫一個完整的驅動程式，每個練習皆提供參考解答：
- Exercise 01：ioctl driver function
- Exercise 02：multi-threaded
- Exercise 03：private data
- Exercise 04：reentrant code
- Exercise 05：sleeping in kernel space
- Exercise 06：scheduling
- Exercise 07：wait queue
- Exercise 08：semaphore
- Exercise 09：critical section
- Exercise 10：將練習作業整合到 Linux Kernel
- Exercise 11：將 Linux kernel 移植到開發板（ARM9）
- Exercise 12：實作 Memory-Mapped I/O
- Exercise 13：實作 Sysfs
- Exercise 14：開發 Android HAL
- Exercise 15：整合至 Android
先訓練同學實作架構完整與行為良好的驅動程式框架，再教授如何將自已寫的程式整合到 Linux Kernel，並移植到開發板。
第二階段
教同學使用 Source-level Debug 來偵錯，並了解同步存取如何影響 Kernel 穩定性：
- Exercise 01：使用 GDB 練習除錯
- Exercise 02：分析 Kernel Panic（使用 Framebuufer 範例）
- Exercise 03：加入 Semaphore 解決 Kernel Panic 錯誤
第三階段
教同學使用 Source-level Debug 方式，了解 Linux 的 Memory Model。課堂使用講師自行製作的迷小核心（20k 左右的 Linux Kernel）來進行 Kernel 原始碼研究：
- Exercise 01：小型 Linux Kernel 介紹
- Exercise 02：kmalloc() 原理解析
- Exercise 03：Linux Memory Model 探索
第四階段
演練 Android 與 Linux 驅動程式整合專題，了解 Linux 驅動程式如何與 Android 整合：
- Exercise 01：重構原有的 Linux 驅動程式
- Exercise 02：如何重新實作舊有驅動程式，才能完善地整合至 Android？
課程目標
學會 Linux 驅動程式架構與基本的 Linux 驅動程式觀念
Linux 驅動程式的入門關鍵點為「觀念的解析」，有了觀念後，便能快速看懂 Linux 的驅動程式，這也是許多 Linux 驅動程式初學者的障礙
本課程為觀念導向並實作一個整體性的範例，並實際撰寫程式以了解 User-space 與 Kernel-space 的關係，絕對是獨家的課程內容
在 ARM 開發板上進行實作練習
了解 Linux 驅動程式與 Android 的整合實作
先備知識
懂 C 語言
Linux 終端機環境操作
具備基本的作業系統觀念（未具備者請課前預習）
報名費用
NT$ 25,500（上課時數 24 小時，共計 4 天）
優惠方案
本課正提供預約報名優惠。預約報名課程，直接享有 82 折（NT$ 20,900）的最棒折扣：我要預約報名（請等候繳費通知、暫無須繳費）
預約報名優惠已為最低優惠，無法再合併其他優惠（VIP與折價券）
開課時間
- 日期：2016 年 未定，仕橙版第 35 期
- 時間：09:30～12:00，13:00～16:30（09:00 AM 開始報到）
上課地點
台北市博愛路（詳細教室資訊另行公佈）