Gerätetreiber unter Linux

Transkript

1 Gerätetreiber unter Linux Rolf Freitag

2 Einführung Ein Gerätetreiber ist eine Programmschnittstelle zwischen System- oder Anwendungssoftware und der Hardware. Sie dienen auch zum Abstrahieren/Vereinfachen; d. h. über eine Schnittstelle wie ein device-file werden Daten wie z. B. Uhrzeit und Datum von einer Applikation ausgegeben oder gelesen und nicht die nötigen Geräte, z. B. I2C-Master und I2C-Slave direkt angesteuert; um das Datenformat in den Hardware-Registern und und andere Details braucht sich die Applikation ebenfalls nicht zu kümmern. Ein Gerätetreiber bildet deshalb eine Schicht, die nach unten mit der Hardware kommuniziert, nach oben mit anderer Software wie Applikationen und i. Allg. innerhalb der Schicht auch mit anderen Treibern. Die Gerätetreiber steuern die Hardware oder lesen sie aus, indem sie Hardware-Register, so genannte I/O-Ports verwenden. Im einfachsten Fall gibt es nur einen Adressraum, in dem die I/O-Ports an speziellen Adressen sind. Beispiele in C: #define WDTCTL (*(volatile uint16_t *)0x0120) foo = WDTCTL; WDTCTL = 0xDEAD; Die Details, also welcher Port wo zu finden ist und was die einzelnen Bits darin bedeuten, stehen in der Dokumentation der jeweiligen Hardware und Assembler/Compiler. Die Details sind auch Plattformabhängig, denn nicht bei jeder Plattform/Hardware sind die I/O-Register im selben Adressraum wie gewöhnliche Adressen und damit nicht mit reinem ANSI-C erreichbar.

3 Grundsätzlich unterscheidet man bei Treibern solche, die im User-Space arbeiten und solche, die im Kernel- Space arbeiten: Gerätetreiber im Kernel integriert als Kernel Modul direkt/programm Kernel Space User Space Vom User-Space, in dem die gewöhnlichen Programme (Applikationen) laufen, können allgemein nur die Treiber im Kernel-Space genutzt werden. Dies geschieht normalerweise über die block device files oder charackter device files in /dev oder über Dateien in /proc/. Beispiele: cat /dev/random cat /proc/cpuinfo cat /proc/driver/rtc Dateioperationen (open, lseek, read, write, close) auf /dev/port (bedingt portabel). Im Kernel-Space, wie auch bei der Mikrocontroller-Programmierung ohne Betriebssystem, erfolgen die Zugriffe auf die Hardware direkt oder über Kommunikation mit anderen Treibern. Dadurch können auch Treiber im User-Space, von dem die Hardware nicht direkt erreichbar ist, realisiert werden, wenn die erforderlichen Treiber im Kernel-Space die nötigen Schnittstellen bereitstellen. Beispiel: Ein Treiber der die serielle Schnittstelle verwendet.

4 Unter Linux werden die Treiber für den Kernel-Space meist als Modul erstellt und bei Bedarf geladen. Die zugehörigen Dateien in /proc werden vom Treiber selbst angelegt, während die Geräte-Dateien in /dev mittels mknode angelegt werden müssen. Auf die Geräte-Dateien wird meist zugegriffen mittels dd oder read/write.

5 Beispiel 0: minimales Kernel-Modul, Kernel-Space /* minimal.c for a minimal module. Compile (to minimal.ko) with Makefile with only this line: obj-m := minimal.o and this command line: make -C /lib/modules/ uname -r /build SUBDIRS= pwd modules To build kernel modules please do the following:" o Have the kernel sources installed" o Make sure that the symbolic link" /lib/modules/ uname -r /build exists and points to" the matching kernel source directory" o Configure kernel sources:" - cd /usr/src/linux" - make mrproper" - make cloneconfig" - make dep" o When compiling, make sure to use the following" compiler option to use the correct include files:" -I/lib/modules/ uname -r /build/include" instead of" -I/usr/include/linux" Please adjust the Makefile accordingly."

6 Usage: insmod./minimal.ko; sleep 1; rmmod minimal; sleep 1; tail /var/log/messages */ #include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> /* printk() */ int init_module (void) { printk (KERN_CRIT "Minimalmodul installiert\n"); return 0; } void cleanup_module (void) { printk (KERN_ALERT "Minimalmodul entfernt.\n"); }

7 Ausblick (auch mit MSP430) Interrupt-Handler, RTAI DMA zur Entlastung der CPU(s) Raw I/O zur Entlastung von System-Puffern Netzwerk-Treiber, Sockets Ab Kernel 2.4: Compiler-Option -I/lib/modules/ uname -r /build/include statt include /usr/include/{linux,asm} Link z. Vortrag: random.linux-site.net/files/lsp/ Portieren von Treibern auf Kernel 2.6: HOWTO: Linux Device Driver Dos and Don ts Linux Device Driver-Artikel:

8 Linux I/O port programming mini-howto dpunkt-buch über Linux-Treiber-Entwicklung kostenlos: Buch Linux Gerätetreiber (Engl. Linux Device Drivers) kostenlos online: Artikel: Porting device drivers to the 2.6 kernel: Driver porting: Device model overview: The zen of kobjects: udev: Writing udev rules: Weitere Bücher: C99 (ISO/IEC 9899, ANSI-C), rd. 15 EUR Rationale for International Standard Programming Languages C (google) C-FAQs (im Buch ist mehr als Online) Expert C Programming Lutz Bierl, Das grosse MSP430 Praxisbuch, ISBN X, Franzis Verlag Messen, Steuern, Regeln mit Linux, Franzis-Verlag Moderne Betriebssysteme, Andrew S. Tanenbaum