망고100 보드로 놀아보자 -13 리눅스 디바이스 드라이버 개요 http://cafe.naver.com/embeddedcrazyboys http://www.mangoboard.com

디바이스 드라이버 개요 디바이스(Device ) Device Driver 네트워크 어댑터, LCD 디스플레이, PCMCIA, Audio, 터미널, 키보드, 하드디스크, 플로피디스크, 프린터 등과 같은 주변 장치들을 말함 디바이스의 구동에 필요한 프로그램, 즉 디바이스 드라이버가 필수적으로 요구됨 Device Driver 실제 장치 부분을 추상화 시켜 사용자 프로그램이 정형화된 인터페이스를 통해 디바이스를 접근할 수 있도록 해주는 프로그램 디바이스 관리에 필요한 정형화된 인터페이스 구현에 요구되는 함수와 자료구조의 집합체 표준적으로 동일 서비스 제공을 목적으로 커널의 일부분으로 내장 응용프로그램이 H/W를 제어할 수 있도록 인터페이스 제공 하드웨어 독립적인 프로그램을 작성을 가능하게 함

디바이스 드라이버 형태 Device Driver Interface Application IO System osDriver Device Device Driver Interface Standard Device Driver Interface UNIX compatible I/O system interface : open(), close(), read(), write(), ioctl() Non-standard Device Driver Interface Completely user-defined Custom interface May be more appropriate for some hardware Application myDriver Device

리눅스 디바이스 드라이버 사용자 관점에서의 디바이스 드라이버 사용자는 디바이스 자체에 대한 자세한 정보를 알 필요 없음 Device는 하나의 파일로 인식됨 file에 대한 접근을 통하여 real device에 접근 가능 User Program . Device file VFS Device Driver Real Device

리눅스 디바이스 드라이버(2) 리눅스에서의 디바이스 Device Driver의 종류 Linux에서 Device는 특별한 하나의 파일처럼 취급되고, access가 가능함. 사용자는 File operation을 적용할 수 있음 각 디바이스는 Major number와 Minor number를 갖음 Device Driver의 종류 문자 디바이스 드라이버 블록 디바이스 드라이버 네트워크 디바이스 드라이버

Char Device(문자 디바이스) 문자 디바이스의 특징 리눅에서의 문자 디바이스 자료의 순차성을 지닌 장치 버퍼 캐쉬를 사용하지 않음 장치의 raw data를 사용자에게 제공 Terminal, Serial/Parallel, Keyboard, Sound Card, Scanner, Printer 리눅에서의 문자 디바이스 null : black hole tty* : virtual console pt* : pseudo-terminal crw--w--w- 0 root root 5, 1 Oct 1 1998 console crw-rw-rw- 1 root root 1, 3 May 6 1998 null crw------- 1 root root 4, 0 May 6 1998 tty crw-rw---- 1 root disk 96, 0 Dec 10 1998 pt0 crw------- 1 root root 5, 64 May 6 1998 cua0 파일 관련 정보 중 첫 문자인 C는 char device를 의미

Block Device(블록 디바이스) Block device 특징 리눅스에서의 Block device random access 가능 블록 단위의 입출력이 가능한 장치 버퍼캐쉬에 의한 내부 장치 표현 파일 시스템에 의해 mount 되어 관리되는 장치 디스크, Ram Disk, CD-ROM 등 리눅스에서의 Block device fd* : Floppy disk Hd* : Hard disk sda : SCSI disk brw------- 1 root floppy 2, 0 May 6 1998 fd0 brw-rw---- 1 root disk 3, 0 May 6 1998 hda brw-rw---- 1 root disk 3, 1 May 6 1998 hda1 brw-rw---- 1 root disk 8, 0 May 6 1998 sda brw-rw---- 1 root disk 8, 1 May 6 1998 sda1 파일 관련 정보 중 첫 문자인 b는 block device를 의미

Network Device(네트워크 디바이스) 대응하는 장치파일이 없음 네트워크 통신을 통해 패킷을 송수신할 수 있는 장치 응용프로그램과의 통신은 표준 파일 시스템관련 콜 대신 socket(), bind() 등의 시스템 콜 사용 Etherent, PPP, ATM, ISDN 등이 있음

Major & Minor Number Major number(주번호) Minor number(부번호) 커널에서 디바이스 드라이버를 구분/연결하는데 사용 같은 Device의 종류를 지칭, 1Byte (0~255사이의 값) Minor number(부번호) 디바이스 드라이버 내에서 장치를 구분하기 위해 사용 각 Device의 부가적인 정보를 나타냄, 2Byte (부번호) 하나의 디바이스 드라이버가 여러 개의 디바이스 제어 가능 $ ls -al /dev/hda* brw-rw---- 1 root disk May 6 1998 hda brw-rw---- 1 root disk May 6 1998 hda1 brw-rw---- 1 root disk May 6 1998 hda2 brw-rw---- 1 root disk May 6 1998 hda3 1, 1 2 3 주번호 부번호

디바이스 드라이버 구조 리눅스 시스템 구조 상의 디바이스 드라이버 Application System Call Interface VFS Network Subsystem Buffer Cache Network D/D Block D/D Char Device Driver Device Interface Hardware Application area Kernel area

커널 소스 트리 ... /usr/src/linux Doc arch include init fs kernel ipc lib mm net scripts driver alpha arm m68k mips ppc sparc i386 boot math-emu asm-alpha asm-arm asm-i386 ... linux scsi video 802 appletalk decnet ethernet ipv4 unix sunrpc x25 block cdrom char pci pnp sbus sound coda ext2 hpfs msdos nfs isofs ntfs

커널 모듈(kernel Module) 시스템 부팅 후에 동적으로 loading 할 수 있는 커널 구성요소 커널을 다시 컴파일 하거나 시스템 리부팅 할 필요 없이 커널의 일부분을 교체하는 것이 가능 디바이스 드라이버, 파일 시스템, 네트워크 프로토콜 등이 모듈로 제공됨 컴파일한 커널 버전 정보가 들어가야 하고, 현재 실행되고 있는 커널 버전과 일치해야 함 <linux/module.h>에 정의되어 있음 모듈 정보는 전체 모듈에서 하나만 존재해야 함 일반 응용 프로그램과의 차이점 main() 함수가 없음 커널에 로딩 및 제거 될 때 불러지는 함수가 존재 Loading 시 - int init_module(void) 함수 호출 Unloading 시 - void cleanup_module() 함수 호출

Linux Device Driver 특성 Linux device driver의 공통적 특성 커널 코드 커널 인터페이스 디바이스 드라이버는 커널의 한 부분이므로, 커널의 다른 코드와 마찬가지로 잘못되면 시스템에 치명적인 피해를 줄 수 있다 커널 인터페이스 디바이스 드라이버는 리눅스 커널이나 자신이 속한 서브시스템에 표준 인터페이스를 제공해야 한다. 커널 메커니즘과 서비스 디바이스 드라이버는 메모리 할당, 인터럽트 전달, wait queue같은 표준 커널 서비스를 사용할 수 있다. Loadable 대부분의 리눅스 디바이스 드라이버는 커널 모듈로서, 필요할 때 로드하고 더 이상 필요하지 않을 때 언로드 할 수 있다. 설정가능(Configurable) 리눅스 디바이스 드라이버를 커널에 포함하여 컴파일 할 수 있다. 어떤 장치를 넣을 것인지는 커널을 compile 할 때 설정할 수 있다

커널과 모듈의 링크 개념도 init_module( ) insmod register_capability( ) capabilities[ ] printk( ) ….. cleanup_module( ) unregister_capability( ) rmmod

커널 모듈의 작성 예제 프로그램 커널에 모듈이 로딩될 때 “hello mango world”를 출력 모듈이 제거될 때 “Good Bye”를 출력 Source file : hello.c /* hello.c */ #include <linux/module.h> /* 모든 모듈에 필요 */ #include <linux/kernel.h> /* printk() 등에 필요 */ static int __init hello_init(void) { // 모듈이 로딩될 때 호출 printk (“hello mango world\n”); // from a text console, not X-terminal. return 0; // 0: success , 기타 - fail } static void __exit hello_exit(void) { printk (“KERN_ALERT “Goodbye world”); module_init(hello_init); Module_exit(hello_exit); MODULE_LICENCE(“GPL”);

커널 모듈의 컴파일(커널에포함) 커널 소스 푼 디렉토리로 이동 #cp hello.c arch/arm/mach-s5pc100/ #vi arch/arm/mach-s5pc100/Makefile 수정 #make modules

커널 모듈의 컴파일(Makefile작성) 커널 소스 푼 디렉토리로 이동 #mkdir test-module #cp hello.c test-module #vi Makefile #make

module 파일시스템에 포함방법 NFS 로 Mount 하는 방법 저장장치를 이용하는 방법 파일시스템에 포함하는 방법 Etc…

module파일시스템에 포함방법 (NFS 로 Mount 하는 방법) Mango(타겟) board console창에서 입력 #mkdir /mnt/nfs //#echo “/sbin/mount –t nfs –o nolock $(Serverip):$(nfs 디렉토리) $(dir) #/sbin/mount -t nfs -o nolock 192.168.0.10:/nfsroot /mnt/nfs #df # cd /mnt/nfs #insmod hello.ko #lsmod #rmmod hello.ko Host linux PC 명령 순서 #cp hello.ko /nfsroot #ps –aux | grep nfs #rpm –qa nfs #yum install nfs* #mkdir -p /home/nfsroot #ln –s /home/nfsroot /nfsroot #vi /etc/exports 에 아래 추가 #/etc/init.d/nfs restart #ifconfig eth0 192.168.0.10 up

디바이스 드라이버의 작성방법 커널 모듈의 형태로 디바이스 드라이버 함수 작성 커널에 디바이스 드라이버 등록 컴파일/로딩 struct file_operations 정의 및 함수 구현 init_module, module_exit 정의 및 함수 구현 커널에 디바이스 드라이버 등록 register_chrdev(), register_blkdev(), register_netdev() 컴파일/로딩 Insmod Make special file Mknod 드라이버를 활용하는 응용프로그램 작성 및 테스트

설정 - 드라이버 적재 및 삭제 노드 생성 - 노드(파일)를 통해서 입출력 수행 디바이스 드라이버 적재 디바이스 드라이버 삭제 mknod /dev/파일이름 드라이버타입 주번호 부번호 예) mknod /dev/keydd c 125 0 생성 후 속성변경 : chmod ug+w /dev/keydd 디바이스 드라이버 적재 insmod 드라이버명.ko 예) insmod keydd.ko 디바이스 드라이버 삭제 rmmod 드라이버명.ko 예)rmmod keydd .ko (주의 .ko 붙지 않아도 됨) 드라이버의 적재 여부 lsmod

디바이스 드라이버 - Etc. Device의 정보를 가지는 File들 /proc/devices 현재 System에 장착되어 있는 Device들의 정보 ./Documentation/devices.txt 현재 Linux System에서 정의되어 있는 Device들의 Major, Minor Number들에 대한 정보 ./include/linux/major.h Major Number를 define한 header

문자형 디바이스 드라이버 골격 #include <linux/kernel.h> #include <linux/module.h> #include <linux/init.h> Header Files int device_open( … ) { … } int device_release( … ) { … } ssize_t device_write( … ) { … } ssize_t device_read( … ) { … } Function Prototypes static struct file_operations device_fops = { … ssize_t (*read) (…); ssize_t (*write) (…); int (*open) (…); int (*release) (…); }; File Operation int init_module(void) { … } 모듈 설치 시 초기화 수행 Void module_exit(void) { … } 모듈 제거 시 반환 작업수행