[임베디드 시스템] Device drivers

[임베디드 시스템] Device drivers

이번에는 device driver에 대해 공부해보자.

Device Driver

device와 kernel 사이의 interface로 커널과 디바이스사이의 data전달
Device driver은 hardware controller을 관리하거나 message를 보내는 Software이다.

Hardware Controller

device를 직접 제어하는 녀석
Start, Stop, Initialize, Control, Diagnose the device

device에는 character device , block device, network device가 있다.

character device : 저속의 I/O 한번에 1byte씩 접근
block device : Random access / 한번에 왕창 가져옴 / SSD
Network Device : /dev에 list되지 않는다.

kernel space에 존재한다.
module 구조이다.
major number & minor number로 identify된다.

Major number : driver을 구분하는 number이다.
device interface table인 chdevs[]의 index가 된다.

chdev[major#].(*read)()

그런데 한 driver는 여러 device를 제어할 수 있기 때문에
driver 내 sub device 를 구분하는 minor number이 존재한다.
major#은 드라이버 모듈 내에서 init시 register_chrdev, unregister_chrdev 함수를 통해 device interface table에 등록 및 해제한다.
여기서 parameter로 0을 넣으면 자동할당이 되지만, static하게 할당하고 싶다면 /proc/devices(device name/major#)을 보고 사용하지 않은 major#을 mknod해줘야 한다.

리눅스에서는 디바이스가 마치 파일과 같이 동작한다.(open, read/write, close)

Device flie

user과 kernel 사이의 인터페이스로, systemcall을 통해 device에 접근할 수 있다.
/dev 에 존재한다.
mknod를 통해 생성한다.

mknod filename type(c,b) major minor

그림 1 device driver

그림2 device driver

그림 2를 보자

우선적으로 mknod를 통해 device file이 생성되며, 우리가 major#, minor#을 여기에 할당했기 때문에 device file은 major#을 알고 있다.
insmod를 하면 해당 디바이스드라이버가 init된다. 이 과정에서 register_chrdev()를 통해 해당 드라이버의 major#가 device interface table(chrdevs[])에 등록된다.
user에서 device file을 open()시 해당 시스템콜은 device interface table을 갖고 있는 chdevs[] 배열에 접근하여, major#을 index로 가지는 변수를 open()한다.
이 외 read, write, ioctl등의 함수를 device file을 통해 수행한다. 얘네는 hardware controller을 컨트롤한다.
rmmod 시 device driver 이 exit되면서 unregister_chrdev() 함수를 통해 device interface table(chrdevs[])로부터 해당 driver이 해제된다.

ioctl

int ioctl(int fd, int cmd, ...)의 형태

...는 실제 argument가 들어간다.
cmd는 integer로, [type(major#), number(cmd 번호), direction(r/w), size(transfer 할 data 의 크기)]의 정보를 가진다.
그림3와 같은 명령어로 encoding, decoding한다.

여기서 datatype이 size를 의미한다. (integer -> sizeof(integer)

그림3 ioctl 명령어

즉, ioctl함수 내에서는 cmd의 종류에 따라 if문을 이용하여 알맞은 수행을 얼마든지 할 수 있다. 다시말해, 여러 기능(cmd)을 이 안에서 수행 가능하다.

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