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Um estudo nos drivers
de dispositivo do Linux

Tiago Maluta
maluta@unifei.edu.br

Monday, June 28, 2010

Evolução

1991 i386

avr32, frv, m32r, microblaze, parisc, score, um,
alpha, blackﬁn, h8300, m68k, mips, powerpcsh, x86,
2010
arm, cris, ia64, m68knommu, mn10300, s390, sparc,
xtensa
Fonte: www.kernel.org


Como gerenciar este
crescimento?


Controle de versão descentralizado

• Linus tem seu repositório:
git://git.kernel.org/pub/scm/linux/kernel/git/torvalds/linux-2.6.git Linus
• Recebe um e-mail do mantenedor do
um subsistema
“Linus, please pull from: ssh://master.kernel.org/pub/scm/linux/

A B C
kernel/git/mchehab/linux-2.6.git v4l_for_2.6.35”

• Ele [Linus] faz o merge no seu
repositório no momento que achar
adequado.


Módulos no kernel

Módulos de sistemas
vfat - suporte ao ﬁlesystem FAT32
usbnet - subsistema de rede com USB
Módulos de dispositivo
asix - controlador do conversor USB/Ethernet
nvidia - placa de vídeo

Podem existir módulos proprietários, mas algumas interfaces são
exclusivas para licenças livres


#include <stdio.h>

static int start(void) {
printf(“Hello from userspace!”);
return 0;
}

int main(void) {
return start();
}


#include <stdio.h>

static int start(void) {
printf(“Hello from userspace!”);
return 0;
} gcc -Wall main.c -o main
int main(void) {
return start();
}


#include <linux/kernel .h>
#include <linux/init .h>
#include <linux/module.h>

static int __init start(void) {

printk(“Hello from kernelspace!”);

return 0;
}

static void __exit stop(void) { }

module_init(start);
module_exit(stop);

MODULE_AUTHOR(“”);
MODULE_DESCRIPTION(“”);
MODULE_LICENSE(“GPL”) ;


#include <linux/kernel .h>
#include <linux/init .h>
#include <linux/module.h>

static int __init start(void) {

printk(“Hello from kernelspace!”);
obj−m:= hello.o
KDIR := /lib/modules/$(shell uname −r)/build
return 0;
PWD }:= $(shell pwd)
default :
$(MAKE) −C __exit stop(void) { }
static void $(KDIR) M=$(PWD) modules
clean :
module_init(start);
$(MAKE) −C $(KDIR) M=$(PWD) clean
module_exit(stop);

MODULE_AUTHOR(“”);
MODULE_DESCRIPTION(“”);
MODULE_LICENSE(“GPL”) ;


Liga

BIOS/EFI

Bootloader (GRUB/Lilo/U-boot)

Kernel (modo real)

Kernel (modo protegido)

Processo init

Processos dos usuários


Sincronismo

• Spinlocks

• Mutexes

• Operações atômicas


Sincronismo
#include <linux/spinlock .h>

spinlock t mylock = SPIN_LOCK_ULOCKED;

spin_lock(&mylock );
• Spinlocks
/∗ região crítica ∗/
spin_unlock(&mylock );

• Mutexes



Sincronismo
#include <linux/spinlock .h>

spinlock t mylock = SPIN_LOCK_ULOCKED;

spin_lock(&mylock );
• Spinlocks
spin_unlock(&mylock );

• Mutexes

#include <linux/mutex .h>

static DEFINE_MUTEX(mymutex);

mutex_lock(&mymutex);
mutex_unlock(&mymutex);


Facilitadores

• Udev - para gerenciamento de nós /dev
• Sysfs - exportar informações para os processos do usuário.
• Kobjects e Krefs - contador de referências


Udev

/etc/udev/rules.d/70-persistent-cd.rules

ENV{ID_CDROM}=="?*", ENV{ID_PATH}=="ide-1:0", SYMLINK+="cdrom", ENV{GENERATED}="1"
ENV{ID_CDROM}=="?*", ENV{ID_PATH}=="ide-1:0", SYMLINK+="cdrw", ENV{GENERATED}="1"
ENV{ID_CDROM}=="?*", ENV{ID_PATH}=="ide-1:0", SYMLINK+="dvd", ENV{GENERATED}="1"
ENV{ID_CDROM}=="?*", ENV{ID_PATH}=="ide-1:0", SYMLINK+="dvdrw", ENV{GENERATED}="1"


sysfs

kernel-space user-space

Objetos Diretórios

Atributos Arquivos

Relações Links simbólicos

/sys/class/mmc_host/mmc0/device/leds/mmc0::

$ echo “1” > brightness
$ cat brightness


kobject krefs

Contador de referências, para o kernel gerenciar o número de
objetos associados em uma mesma estrutura.

struct kobject { struct kref {
const char *name; atomic_t refcount;
struct list_head entry; }
struct kobject *parent;
struct kset *kset;
struct kobj_type *ktype;
struct sysfs_dirent *sd;
struct kref kref;
}


Modelo de Driver do Linux

O modelo propôs uma representação genérica de objetos:

• Devices
• Devices drivers
• Bus drivers
• Devices Classes
• Devices Interfaces




• Devices
• Devices drivers
• Bus drivers
• Devices Classes

Funções para operar e controlar cada tipo de objeto.




• Devices Um device driver implementa uma ou
mais interfaces (devices interfaces) de
• Devices drivers
uma classe de dispositivos (devices
• Bus drivers classes) para um grupo de dipositivos
• Devices Classes (devices) em um barramento (bus driver)
especíﬁco.

Funções para operar e controlar cada tipo de objeto.


USB/Ethernet

Ethernet USB

Controlador

asix.ko


USB/Ethernet

Preenchimento de estruturas:


USB/Ethernet
static struct usb_driver asix_driver = {
.name = "asix",
.id_table = products,
.probe = usbnet_probe,
.suspend = usbnet_suspend,
.resume = usbnet_resume,
.disconnect = usbnet_disconnect,
.supports_autosuspend = 1,
};


USB/Ethernet
static struct usb_driver asix_driver = {
.name = "asix",
.id_table = products,
.probe = usbnet_probe,
.suspend = usbnet_suspend,
.resume = usbnet_resume,
.disconnect = usbnet_disconnect,
.supports_autosuspend = 1,
};

static const struct net_device_ops ax88172_netdev_ops = {
.ndo_open = usbnet_open,
.ndo_stop = usbnet_stop,
.ndo_start_xmit = usbnet_start_xmit,
.ndo_tx_timeout = usbnet_tx_timeout,
.ndo_change_mtu = usbnet_change_mtu,
.ndo_set_mac_address = eth_mac_addr,
.ndo_validate_addr = eth_validate_addr,
.ndo_do_ioctl = asix_ioctl,
.ndo_set_multicast_list = ax88172_set_multicast,
};


USB/Ethernet

Operações:


USB/Ethernet
asix_read_cmd asix_read_medium_status asix_ioctl
asix_write_cmd asix_write_medium_mode asix_set_mac_address
Operações:
asix_async_cmd_callback asix_write_gpio ax88172_set_multicast
asix_write_cmd_async asix_set_multicast ax88172_link_reset
asix_rx_ﬁxup asix_mdio_read ax88172_bind
asix_tx_ﬁxup asix_mdio_write ax88772_link_reset

asix_status asix_get_phyid ax88772_bind
asix_set_sw_mii asix_get_wol marvell_phy_init
asix_set_hw_mii asix_set_wol marvell_led_status
asix_get_phy_addr asix_get_eeprom_len ax88178_link_reset

asix_sw_reset asix_get_eeprom ax88178_set_mfb
asix_read_rx_ctl asix_get_drvinfo ax88178_change_mtu
asix_write_rx_ctl asix_get_link ax88178_bind


Conclusão


Crescimento com
pouca manutenção
do código.


Padronização das
estruturas básicas.


Sistemas
Embarcados


LKML et all;
Linux Kernel Mail
List


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