13 주차 . 디바이스 드라이버 기초

1. 13주차. 디바이스 드라이버 기초 수원과학대학교 정보통신과

2. 13.1 디바이스 드라이버의 개요 • 디바이스 (device) • 컴퓨터시스템의 주변 하드웨어 • 디바이스 드라이버 (device driver) • 디바이스 구동 프로그램 • 디바이스의 종류 • 문자 디바이스(character device) • 블록 디바이스(block device) • 네트워크 디바이스(network device) • 여러 디바이스들의 구별 • 주번호(major number)와 부번호(minor number)로 서로 구별 • 동일한 디바이스는 동일한 주번호를 가지며 부번호로 구별 수원과학대학 정보통신과

3. 디바이스의 종류 [1] • 문자 디바이스 • 데이터를 문자 단위 또는 연속적 바이트 흐름으로 전달하고 읽음. • 데이터의 순차성을 지닌 하드웨어로 버퍼 캐시를 사용하지 않음. • 주로 직렬 또는 병렬 인터페이스에 의해 전달 • 예: 터미널, 콘솔, 키보드, 사운드카드, 스캐너, 프린터, 직렬/병렬 포트, 마우스, 조이스틱 등 수원과학대학 정보통신과

4. 디바이스의 종류 [2] • 블록 디바이스 • 데이터를 블록 단위로 입출력하여 효율성을 향상시키기 위해 버퍼 이용 • 버퍼 캐시를 통해 임의 접근(random access)이 가능함 • 블록의 크기를 관리하고 블록 데이터의 전달을 담당하는 기능이 있음 • 예: 하드디스크, 플로피 디스크, 램디스크, CD-ROM, DVD 등 수원과학대학 정보통신과

5. 디바이스의 종류 [3] • 네트워크 디바이스 • 문자열이 아닌 패킷 단위로 접근 • 네트워크 통신을 통해 네트워크 패킷을 송수신할 수 있는 디바이스 • 예: 이더넷, PPP, SLIP, ATM, 네트워크 인터페이스 카드 수원과학대학 정보통신과

6. 디바이스 파일 • 리눅스 시스템은 디바이스를 /dev 디렉토리에 있는 일종의 파일로 취급. 즉, 디바이스를 파일로 추상화 • 디바이스 파일은 사용자에게 보이는 디바이스 드라이버의 인터페이스 부분 • 디바이스 파일은 파일시스템의 데이터 영역을 차지하지 않음 • 일반 파일은 데이터를 쓰면 데이터를 보존하여 크기가 증가하지만 디바이스 파일은 보존하지 않고 디바이스로 데이터를 전달 • 응용 프로그램은 디바이스에 접근하기 위하여 열기, 읽기, 쓰기 등과 같은 파일 연산을 이용 • 디바이스 파일은 파일시스템에서 고유한 번호와 이름을 할당받음 • 문자 디바이스와 블록 디바이스만 디바이스 파일 이용 수원과학대학 정보통신과

7. ① ② 호스트 시스템의 디바이스 파일 관찰 • 호스트 시스템의 디바이스 파일이 있는 /dev 디렉토리 내용관찰 수원과학대학 정보통신과

8. 문자나 블록 디바이스 파일의 생성 • 디바이스 파일은 /dev 에서 관리 • 디바이스 파일 형식: 문자형 c , 블록형 b • 리눅스에서 사용되는 디바이스 파일의 주번호 수원과학대학 정보통신과

9. ① ② mknod 명령으로 디바이스 파일 생성 • 디바이스 파일을 생성하고 세부 내용 관찰 • 디바이스 이름이 hello, 주번호 250, 부번호 0인 문자 디바이스 파일 생성 • 디바이스 리스트 중에서 h로 시작하는 디바이스 세부 내용 확인 수원과학대학 정보통신과

10. 디바이스 드라이버 • 디바이스 하드웨어에 데이터를 읽거나 쓰거나 제어하기 위한 프로그램 루틴의 집합체 • 운영체제와 연동되며 운영체제가 하드웨어를 제어할 수 있도록 인터페이스를 제공 • 커널이 직접 하드웨어를 제어하지 않고 디바이스 드라이버를 통해 하드웨어 제어 • 응용 프로그램에서 디바이스에 접근하기 • 디바이스 파일에 입출력을 요청  시스템 호출을 통해 커널에서 디바이스 드라이버로 전달  디바이스 드라이버가 하드웨어 제어 수원과학대학 정보통신과

11. 13.2 파일 입출력 • 파일 입출력 함수 수원과학대학 정보통신과

12. 저수준 파일 입출력 함수 [1] 수원과학대학 정보통신과

13. 저수준 파일 입출력 함수 [2] 수원과학대학 정보통신과

14. 저수준 파일 입출력 함수 [3] 수원과학대학 정보통신과

15. 저수준 파일 입출력 함수 [4] 수원과학대학 정보통신과

16. file 구조체 • 디바이스 드라이버를 구현할 때 사용하며 커널에서만 사용 • 응용 프로그램에서 사용하는 C 라이브러리의 FILE과 다름 • <kernel>/include/linux/fs.h에 정의 수원과학대학 정보통신과

17. 파일 연산 구조체 [1] • 커널은 등록된 디바이스 드라이버의 파일 연산 구조체를 참고해 응용프로그램의 요청에 대응하는 함수 호출 • <kernel>/include/linux/fs.h에 정의 수원과학대학 정보통신과

18. 파일 연산 구조체 [2] • 문자 디바이스 드라이버의 파일 연산 구조체 사용 • 파일 연산 구조체에서 사용하지 않는 필드는 NULL로 선언되므로 필요한 필드만 선언하면 됨 • 전형적인 파일 연산 구조체의 선언내용 • xxx는 일반적으로 디바이스의 이름 struct file_operations xxx_fops = { .owner = THIS_MODULE, .open = xxx_open, .release = xxx_release, .read = xxx_read, .write = xxx_write, .ioctl = xxx_ioctl, }; 수원과학대학 정보통신과

19. 13.3 디바이스 드라이버의 등록과 해제 [1] • 디바이스 드라이버를 동작시키려면 커널에 디바이스의 특성에 맞는 형식으로 등록해야 함 • 문자 디바이스의 등록과 해제 • major : 주번호로, 0이면 사용하지 않는 주번호 중에서 동적으로 할당 • name : 디바이스의 이름으로 /proc/devices에 나타나 있음 • 반환값 : 오류 코드. 반환값이 0이거나 양수이면 성공적인 수행. 음수이면 오류 발생. 수원과학대학 정보통신과

20. 디바이스 드라이버의 등록과 해제 [2] • 블록 디바이스의 등록과 해제 • major : 주번호로, 0이면 사용하지 않는 주번호 중에서 동적으로 할당 • name : 블록 디바이스 장치 이름 • 반환값 : 오류 코드. 0이나 양수이면 성공적인 수행. 음수이면 오류 발생 • 네트워크 디바이스의 등록과 해제 • dev : net_device 구조체 이름 • 반환값 : 등록에 성공하면 0. 실패하면 0이 아닌 값을 반환 수원과학대학 정보통신과

21. 문자 디바이스 드라이버의 등록 과정 커널의 chrdevs[]에 등록 문자 디바이스를 관리하는 구조체 디바이스 드라이버의 초기화 함수 호출 Shell에서 실행 수원과학대학 정보통신과

22. 13.4 디바이스 드라이버 구성 • 전형적인 문자 디바이스 드라이버 수원과학대학 정보통신과

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24. 타겟 보드의 파일 시스템 초기화 • 호스트에서 • cp /embed/hybus/images/rootfs.img /tftpboot • 타겟에서 • hybus> tftp rootfs.img root • hybus> flash root 수원과학대학 정보통신과

25. 실습 13-1 가상 디바이스 드라이버 구현 • 가상 문자 디바이스 드라이버 프로그램 작성(13/chr_dev.c) 01 #include <linux/module.h> 02 #include <linux/kernel.h> 03 #include <linux/fs.h> 04 #include <linux/init.h> 05 06 #define CHR_DEV_NAME "chr_dev" // 디바이스 파일 이름 07 #define CHR_DEV_MAJOR 240 // 디바이스 파일의 주번호 08 09 static char gbuf[1024]; 10 static int mode = 0; // 0: 정상순서, 1: 역순 11 12 int chr_open(struct inode *inode, struct file *filp) 13 { 14 int number = MINOR(inode->i_rdev); // 부번호를 number에 저장 15 printk(“Virtual Character Device Open: Minor Number is %d\n", number); 16 return 0; 17 } 18 수원과학대학 정보통신과

26. 19 ssize_t chr_write(struct file *filp, const char *buf, size_t count, loff_t *f_pos) 20 { 21 if (mode == 0) strncpy(gbuf, buf, count); 22 else { 23 int i, j, size; 24 if (count > sizeof(gbuf)) size = sizeof(gbuf); 25 else size = count; 26 for (i=size-1, j=0; i>=0; i--, j++) gbuf[j] = buf[i]; 27 gbuf[j] = '\0'; 28 } 29 printk("write data: %s\n", gbuf); 30 return count; 31 } 32 33 ssize_t chr_read(struct file *filp, const char *buf, size_t count, loff_t *f_pos) 34 { 35 strncpy(buf, gbuf, count); 36 printk("read data: %s\n", buf); 37 return count; 38 } 39 수원과학대학 정보통신과

27. 40 int chr_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg) 41 { 42 switch(cmd) { 43 case 0: mode = 0; break; // 정상순서 44 case 1: mode = 1; break; // 역순 45 } 46 return 0; 47 } 48 49 int chr_release(struct inode *inode, struct file *filp) 50 { 51 printk("Virtual Character Device Release\n"); 52 return 0; 53 } 54 55 struct file_operations chr_fops = 56 { 57 .owner = THIS_MODULE, 58 .ioctl = chr_ioctl, 59 .write = chr_write, 60 .read = chr_read, 61 .open = chr_open, 62 .release = chr_release, 63 }; 64 수원과학대학 정보통신과

28. 65 int sample_init(void) //디바이스를 커널에 모듈로 적재시 수행되는함수 66 { 67 int registration; // registration에 주번호나 반환값을 저장 68 printk("Registration Character Device to Kernel\n"); 69 registration = register_chrdev(CHR_DEV_MAJOR,CHR_DEV_NAME,&chr_fops); 70 if (registration < 0) 71 return registration; 72 printk("Major Number:%d\n", registration); 73 return 0; 74 } 75 76 void sample_cleanup(void) //커널에서 디바이스를 제거할 때 수행되는 함수 77 { 78 printk("Unregistration Character Device to Kernel\n"); 79 unregister_chrdev(CHR_DEV_MAJOR, CHR_DEV_NAME); 80 } 81 82 MODULE_LICENSE("GPL"); 83 module_init(sample_init); 84 module_exit(sample_cleanup); 수원과학대학 정보통신과

29. 실습 13-1 가상 디바이스 드라이버 구현 • Make 유틸리티를 실행해 모듈 생성 수원과학대학 정보통신과

30. 01 #include <stdio.h> // printf(), perror() 02 #include <stdlib.h> // atoi() 03 #include <fcntl.h> // open() 04 #include <sys/ioctl.h> // ioctl() 05 #include <unistd.h> // read(), write() 06 07 #define DEVICE_FILE_NAME "/dev/chr_dev" // 디바이스 파일 08 09 int main(int argc, char *argv[]) // argv[1] 값을 받아 디바이스에 저장 10 { 11 int device; 12 char rbuf[128]; 13 14 device = open(DEVICE_FILE_NAME, O_RDWR|O_NDELAY); 15 if (device >= 0) { 16 printf(“200014000 Device file Open\n"); 17 ioctl(device, 0); // 정상 순서 모드 18 printf("Normal order: \n"); 19 write(device, argv[1], 128); // argv[1] 값을 디바이스 파일에 전달 20 read(device, rbuf, 128); 21 printf("Read data: %s\n", rbuf); 22 ioctl(device, 1); // 역순 모드 23 printf("Reverse order: \n"); 24 write(device, argv[1], 128); // argv[1] 값을 디바이스 파일에 전달 25 read(device, rbuf, 128); 26 printf("read value is %s\n", rbuf); 27 } 28 else perror("Device file open fail"); 30 return 0; 31 } • 가상 문자 디바이스를 사용하는 응용프로그램 작성(13/chr_appl.c) 수원과학대학 정보통신과

31. ① ② 실습 13-3 가상 디바이스 드라이버 구현 • 응용프로그램을 타겟 시스템용으로 교차 컴파일 • 디바이스 드라이버 모듈 chr_dev.ko 파일과 컴파일한 응용 프로그램 chr_appl을 타겟 시스템으로 전송 • 디바이스 드라이버 모듈을 적재하고 적재 여부 확인 수원과학대학 정보통신과

32. 실습 13-1 가상 디바이스 드라이버 구현 • 디바이스 파일을 만들고 확인 • 응용 프로그램 실행 • 커널에서 디바이스 드라이버 모듈 제거 [root@xhyper ~]# ./chr_appl hello 200014000 Device file open Normal order: Read data: hello Reverse order: Read data: olleh [root@xhyper ~]# rmmod chr_dev 수원과학대학 정보통신과

33. 실습문제 • 1. [코드 13-4]의 가상 문자 디바이스 드라이버에 다음과 같은 모드를 추가하시오. • mode = 2: 정상순서로 대문자로 바꿔서 저장 • mode = 3: 역순으로 대문자로 바꿔서 저장 • 테스트 프로그램으로 다음과 같은 결과가 얻어짐을 확인하시오. 수원과학대학 정보통신과