用“芯”探核 基于龙芯的Linux内核探索解析 - (EPUB全文下载)

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用“芯”探核 基于龙芯的Linux内核探索解析
第01章 基础知识
第02章 内核启动解析
第03章 异常与中断解析
第04章 内存管理解析
第05章 进程管理解析
第06章 显卡驱动解析
第07章 网卡驱动解析
第08章 电源管理解析
附录A 并发与同步原语
附录B Linux内核大事记
后记
参考文献
龙芯中科简介
第01章 基础知识
龙芯处理器是一系列基于MIPS架构，加入了大量扩展和优化的CPU。基于龙芯CPU的计算机产品使用的操作系统主要是Linux。本书用龙芯/Linux平台作为使用龙芯CPU和Linux操作系统的平台统称。本章是读者在阅读本书后续章节之前必须掌握的一些基础知识，包括对龙芯处理器和Linux内核的初步了解，对高效阅读源代码方法的熟练掌握，以及对内核社区常用的补丁文件格式的理解。为了让大家有机会成长为优秀的Linux内核开发人员，本章还介绍了开发/维护一个健壮性良好的内核应当遵循的一些原则与规范。
1.1 龙芯处理器简介
中央处理器（Central Processing Unit，CPU）分为复杂指令集计算机（Complex Instruction Set Computer，CISC）和精简指令集计算机（Reduced Instruction Set Computer，RISC）两大类。CISC具有指令集复杂而庞大、指令字不等长、寻址方式复杂、计算指令操作数可以是内存等特征，典型代表有X86。RISC具有指令集精简而高效、指令字等长、寻址方式简明、计算指令操作数必须是寄存器等特征，典型代表有ARM、MIPS和Power。CISC和RISC各有优劣，在发展过程中也并非井水不犯河水，而是互相吸收对方的优点。X86在内部早已实现RISC化（所谓微指令），而RISC也引入了单指令流多数据流（Single Instruction Multiple Data，SIMD）等功能比较强大但复杂的指令（所谓向量化）。
龙芯CPU属于无互锁流水阶段微型计算机（Microcomputer without Interlocked Pipeline Stage，MIPS）家族，是RISC精简指令集体系结构的一种，产品线包括龙芯1号（小CPU）、龙芯2号（中CPU）和龙芯3号（大CPU）3个系列。龙芯系列处理器由龙芯中科技术有限公司（以下简称龙芯中科）研发，产品以32位和64位单核及多核CPU为主，主要面向网络安全、高端嵌入式、个人电脑、服务器和高性能计算机等应用。
龙芯1号系列为32位处理器，采用GS132（单发射32位）或GS232（双发射32位）处理器核，实现了带有静态分支预测和阻塞Cache的乱序执行流水线，集成各种外围接口，形成面向特定应用的单片解决方案，主要应用于云终端、工业控制、数据采集、手持终端、网络安全、消费电子等领域。2011年推出的龙芯1A和龙芯1B具有接口功能丰富、功耗低、性价比高、应用面广等特点。除了SoC，龙芯1A还可以作为桥片（PCI南桥）使用。2013年和2014年相继推出的龙芯1C和龙芯1D分别针对指纹生物识别和超声波计量领域定制，具有成本低、功耗低、功能丰富、性能突出等特点。2015年研制的龙芯1H则针对石油钻探领域随钻测井应用设计，目标工作温度高达175℃。
龙芯2号系列处理器采用GS264（双发射64位）或GS464（四发射64位）高性能处理器核，实现了带有动态分支预测和非阻塞Cache的超标量乱序执行流水线，同时还使用浮点数据通路复用技术实现了定点的SIMD指令，集成各种外围接口，形成面向嵌入式计算机、工业控制、移动信息终端、汽车电子等应用的64位高性能低功耗SoC芯片。2006年推出的龙芯2E是最早进行产业化的处理器，其主要产品是福珑迷你计算机。2008年推出的龙芯2F经过近几年的产业化推广，目前已经实现规模应用，其产品包括福珑迷你计算机、逸珑上网本计算机以及梦珑一体机等。集成度更高的龙芯2H于2013年推出，可作为独立SoC芯片，也可作为龙芯3号的桥片使用。目标为安全、移动领域的龙芯2K1000于2017年量产。
龙芯3号系列处理器基于可伸缩的多核互联架构设计，在单个芯片上集成多个GS464（四发射64位）、GS464E（增强型四发射64位）或GS464V（带向量扩展的增强型四发射64位）高性能处理器核以及大量的2级Cache，还通过高速存储和I/O接口实现多芯片的互联以组成更大规模的高速缓存一致的非均匀内存访问（Cache-Coherent Non-Uniform Memory Access，CC-NUMA）系统。龙芯3号面向高端嵌入式计算机、桌面计算机、服务器、高性能计算机等应用。2009年底推出四核龙芯3A1000。2011年推出65 nm的八核龙芯3B1000。2012年推出采用32 nm工艺设计的性能更高的八核龙芯3B1500，其最高主频可达1.5 GHz，支持向量运算加速，最高峰值计算能力达到192 GFLOPS（Giga Floating-point Operations Per Second，每秒10亿次浮点运算）。2015年，基于GS464E的新一代龙芯3A2000研制成功，在基本功耗与龙芯3A1000相当的情况下，综合性能提升2～4倍，已于2016年实现量产。工艺升级的新一代处理器是龙芯3A3000，已于2017年推出，性能较龙芯3A2000提高50%。龙芯3A1000、3A2000、3A3000保持引脚兼容，硬件上可以直接替换。全新的微结构升级的GS464V处理器核以及基于GS464V的龙芯3A4000已于2019年研制成功，增加了位向量指令集，在龙芯3A3000的基础上性能再次大幅提高。
MIPS体系结构的发展经历了MIPS I、MIPS II、MIPS III、MIPS IV、MIPS V（没有实现过）、MIPS R1、MIPS R2、MIPS R3、MIPS R5和MIPS R6（注意没有MIPS R4）等许多个版本，这些指令集版本的关 ............

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