VEDA 55일차 - 리눅스 커널 프로그래밍

 

driver model : 드라이버는 여러 형태가 있다. elixir 참조

 

1. old fashioned : module(insmod, rmmod) + device file(mknod(/dev 0 ~ 255, ~ 512)) + file_operations(open, close, read, write)

 

2. new fashioned : object oriented concept(,but not c++)

복잡해지는 장치 위상 구조(허브의 허브의 허브의....)

전원 관리 기능

유저 영역에서 접근(/sys, sysfs)

sysfs

 

구체적인 형태(bus(버스), devices(장치), driver(장치의 입출력), class(디바이스의 기능적 종류의 구분 방법, 일반 유저의 구분 기준))

 

코드 중복 최소화(kobject_get/put)

직관적인 장치 구분

 

kobject :  드라이버 모델의 가장 기본적인 요소, 다른 구조체 내부에서 내장되어 사용, sysfs 파일 시스템에서 하나의 디렉토리로 나타나고, attribute는 하나의 파일로 표현된다.

참조 카운트 : 객체가 누군가에게 참조되고 있다면 그 객체를 계속 유지해야 한다. 더 이상 사용하지 않는다면 자원을 해제해야 한다. => kobject는 이 기능을 제공한다.

kset : kobject + 더 많은 기능

 

https://blog.naver.com/PostView.nhn?blogId=msnayana&logNo=80165906129

디바이스 드라이버 와 모듈

 

드라이버에 대한 설명에 앞서서 /proc, /sys, /dev에 대해서 알고 가는 것이 좋다.

항목	/proc	/sys	/dev
유형	가상 파일 시스템	가상 파일 시스템	실제 디바이스 파일 (udev 생성)
주 용도	프로세스/커널 정보 제공	커널 객체(디바이스/드라이버) 표현	디바이스 노드를 통한 실제 I/O
사용자 공간과의 인터페이스	정보 제공 위주 (읽기 중심)	sysfs 속성 읽기/쓰기	open/read/write/ioctl 등
주요 커널 API	proc_create(), seq_file	class_create(), device_create()	register_chrdev(), cdev_*()
장치 드라이버 관련	디버그/통계 정보 제공	장치/드라이버 모델, 속성 관리	사용자와 실제 데이터 교환 통로

 

드라이버 모델

bus (버스)	디바이스와 드라이버를 연결해주는 논리적/물리적 통로	struct bus_type
device (디바이스)	실제 장치(센서, USB, 블록 디바이스 등)	struct device
driver (드라이버)	디바이스를 제어하기 위한 커널 코드	struct device_driver
class (클래스)	기능적으로 유사한 장치를 그룹화 (예: 입력 장치, 저장 장치)	struct class
interface (인터페이스)	디바이스가 특정 프로토콜 기능을 구현하는 경우 (예: USB 인터페이스)	프로토콜별 구조체 (예: usb_interface)

struct bus_type {
    const char *name;
    struct device *dev_root;
    struct kset subsys;
    struct kset drivers;
    struct kset devices;

    int (*match)(struct device *dev, struct device_driver *drv);
    int (*probe)(struct device *dev);
    int (*remove)(struct device *dev);
    ...
};

디바이스화 드라이버의 매칭 기준을 제공하는 핵심 구조, USB, I2C, PCI 등의 버스를 추상화 ex) USB-A 잭을 사용하는 키보드는 USB에 매치된다.

struct platform_driver {
    int (*probe)(struct platform_device *);
    int (*remove)(struct platform_device *);
    void (*shutdown)(struct platform_device *);
    int (*suspend)(struct platform_device *, pm_message_t state);
    int (*resume)(struct platform_device *);
    
    struct device_driver driver;
    const struct platform_device_id *id_table;
};

플랫폼 버스에 등록된 장치를 위한 드라이버, 일반적으로 디바이스 트리 또는 하드코딩으로 장치 정보가 정해짐 => 키보드 같은 장치가 아니라 내부 RCC, GPIO 등 peripheral device 의미, platform_device와 platform_driver는 1:1로 매칭되어 사용된다. probe, of_match_table이 중요하다.

struct device {
    const char *init_name;
    struct device *parent;
    struct bus_type *bus;
    struct device_driver *driver;

    struct class *class;
    dev_t devt;
    void *platform_data;

    struct kobject kobj;
    ...
};

장치 자체를 표현하는 구조체, 드라이버, 부모 디바이스, 버스 정보 등이 포함된다. ex) USB-A 타입 키보드를 표현하는 device 구조체

struct device_driver {
    const char *name;
    struct bus_type *bus;

    int (*probe)(struct device *dev);
    int (*remove)(struct device *dev);
    ...
};

드라이버 자체를 표현한다. 드라이버가 처리할 수 있는 디바이스 타입을 지정한다. ex) 잭 타입에 상관없이 일정 데이터 포맷을 송수신하는 키보드를 조작하기 위한 드라이버 구조체

struct class {
    const char *name;
    struct module *owner;
    struct kobject *dev_kobj;

    int (*dev_uevent)(struct device *dev, struct kobj_uevent_env *env);
    ...
};

비슷한 기능을 가진 디바이스를 그룹화 한다. /sys/class/ 생성에 사용

struct kobject {
    const char *name;
    struct kobject *parent;
    struct kset *kset;
    struct kobj_type *ktype;
};

위에서 설명한 구조체들이 내부적으로 갖추고 있는 객체, 커널 오브젝트 계층 구조 구성(sysfs 지원)

  +----------------+
  |  bus_type      |  ← 각 장치와 드라이버를 연결
  +----------------+
        ▲       ▲
        |       |
+-------+     +-------------------+
| device |     | device_driver    |
+--------+     +------------------+
    |
    ▼
+--------+
| class  |  ← 장치의 논리적 분류
+--------+
    |
    ▼
+--------+
| /dev   | ← udev가 장치 파일 생성
+--------+

 

MISC 계열 디바이스

기타 장치, 기본적으로 character device로 분류되기는 한다.(애매하다.)

경량 character device driver를 만들기 위한 struct 제공

 

input device driver

USB 버스 등장 후 입력장치의 인터페이스의 표주화 요구 대두 => 입력 장치들을 input 장치로 통합, 드라이버도 통합, 이벤트 처리 기반, 더 많은 학습 필요

 

usb transfer mode

1. control : usb 연결 여부 확인 등에 사용

2. interrupt transfer : 인터럽트는 아니지만 인터럽트와 유사하게 동작한다.(key press -> interrupt(EVENT) -> PC), 이벤트 처리기반

3. bulk transfer : USB stick, usb 메모리 장치 등등에 사용되는 통신 모드, 데이터 점검 있음

4. iso-synchronous transfer : usb 스피커 등에 사용되는 통신 모드, 벌크와 비슷하지만 데이터 점검이 없음

touch screen 관련 드라이버 확인