2、嵌入式设备驱动开发的内核核心框架与锁机制解析

嵌入式设备驱动开发的内核核心框架与锁机制解析

1. 嵌入式开发中的内核核心框架概述

在嵌入式设备驱动开发领域，Linux 内核核心提供了一系列的抽象层和工具，极大地减少了开发的工作量。同时，Linux 时钟框架也扮演着重要角色，系统中的大多数外设都依赖它来驱动。在深入探讨这些框架之前，我们需要了解一些技术要求，包括具备高级计算机架构知识和 C 编程技能，以及获取 Linux 内核 4.19 源代码，可从 https://github.com/torvalds/linux 下载。

2. 内核锁定 API 与共享对象

在多任务环境中，共享资源的访问需要进行同步，以确保数据的一致性和避免竞态条件。当多个竞争者（如处理器、进程或线程）可以访问同一资源时，就形成了共享资源。操作系统通过原子操作来实现互斥，即对持有资源当前状态的变量进行原子修改，使所有可能同时访问该变量的竞争者都能看到变化。现代操作系统通常依赖硬件支持原子操作来实现同步，简单系统也可通过在关键代码段禁用中断来保证原子性。

在 Linux 内核中，主要有两种同步机制：
- 锁（Locks） ：用于实现互斥，同一时间只有一个竞争者可以持有锁，从而访问共享资源。内核中最常见的锁原语是自旋锁（Spinlocks）和互斥锁（Mutexes）。
- 条件变量（Conditional variables） ：主要用于感知或等待资源状态的变化。虽然 Linux 内核没有直接实现条件变量，但提供了等待队列（Wait queue）和完成队列（Completion queue）来实现类似功能。等待队列主要用于等待状态变化，通常与