device_driver-08.pdf(1.9MB)

struct file_operations 

221 


http://eoslab.ssu.ac.kr 

Linux Device Driver 


222 

file_operations 구조체 필드 

 

 

struct module *owner 

loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int); 

ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *); 

 

ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, char __user *, size_t, loff_t); 

ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *); 

 

ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const char __user *, size_t, 

loff_t); 

unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *); 

 

int (*ioctl) (struct t inode *, struct t *file, unsigned int, unsigned long); 

int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *); 


Linux Device Driver

디바이스 드라이버 구성도 

223 

open() : xxx_open() 

close() : xxx_close() 




224 

read() : xxx_read() 

write() : xxx_write() 


Linux Device Driver


225 

lseek() : xxx_llseek() 

ioctl() : xxx_ioctl() 



문자 디바이스 드라이버의 등록과 해제 및 구성 

226 

등록 

 

 

 

해제 

 

 

register_chrdev 

int register_chrdev(unsigned int major, const char *name, struct 

file_operations *fops) 

#include 

unregister _ chrdev 

int unregister_chrdev(unsigned int major, const char *name) 


Linux Device Driver


227 

문자 디바이스 드라이버의 구성 

 

 

 

 

 

 

커널 소스 헤더 파일 

문자 디바이스 드라이버 구현을 위해 저수준 파일 입출력에 대응 

하는 file_operations 구조체에 등록할 함수 

인터럽트를 사용하는 하드웨어 장치라면 인터럽트 함수 서비스 

함수 

file_operations 변수 

문자 디바이스 드라이버를 등록하는 모듈 초기화 함수 

문자 디바이스 드라이버를 제거하는 모듈 종료 함수 




228 

디바이스 드라이버와 커널간의 통신 

 

 

 

문자 드라이버 : chrdevs[] 테이블 이용 

블록 드라이버 : blkdevs[], blk_dev[] 테이블 이용 

네트웍 드라이버 : device 구조 이용 

Major number 

0 

MAX_CHRDEV - 1 


chrdevs[] 

/* fs/devices.c */ 

1 

struct device_struct { file_operations 

name; 

2 

lseek 

fops; 

read, 

} chrdevs[]; write, 

readdir 

poll, 

ioctl, 

mmap, 

open, 

flush, 

release 

fsync, 

….. 

… 

Linux Device Driver


229 

모듈 형태로 구성한 문자 디바이스 드라이버 



문자 디바이스 드라이버 작성 예제 

230 

예제 소스 – call_dev.c 


Linux Device Driver


231 

예제 소스 – call_dev.c 




232 

예제 소스 – call_app.c 


Linux Device Driver


233 

예제 소스 – Makefile 

실행 방법 

[root@] # mknod /dev/calldev c 240 32 

 

 

 

 

• 디바이스 파일 생성 

[root@] # make 

• 디바이스 드라이버 모듈 컴파일 

[root@] # insmod call_dev.o 

• 디바이스 드라이버 모듈 적재 

[root@] # gcc –o call_app call_app.c 

• 응용 프로그램 컴파일 

[root@] # ./call_app 

app 




234 

모듈 형태로 구성한 문자 디바이스 드라이버(kernel 2.6) 


Linux Device Driver


235 

예제 소스 – call_dev.c (kernel 2.6) 




236 



Linux Device Driver


237 





238 

예제 소스 – call_app.c (kernel 2.6) 


Linux Device Driver


239 

예제 소스 – 실행 결과 

call_dev.c(kernel 2.6) 




240 


call_app.c(kernel 2.6) 


Linux Device Driver

초기화와 종료 처리 

241 

디바이스 드라이버에는 하드웨어를 다루고 커널 내에서 

디바이스 드라이버로 동작하기 위한 소프트웨어적인 처 

리 수반 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

디바이스 드라이버의 등록과 해제 

디바이스 드라이버에 내부 구조체의 메모리 할당과 해제 

여러 프로세스가 하나의 디바이스에 접근할 때 필요한 사전 처리 

및종료시처리 

주번호에 종속된 부번호를 관리하기 위한 사전 처리 및 종료 시 처 

리 

하드웨어 검출 처리 및 에러 처리 

하드웨어 초기화와 제거 가능한 하드웨어의 제거 처리 

응용 프로그램에서 디바이스 드라이버를 사용하는 경우의 초기 

처리및사용종료처리 

부번호에 관련된 프로세스별 처리 

프로세스별 메모리 할당과 해제 

사용하는 모듈수의 관리 




242 

두 가지 초기화 처리 시점과 종료 처리 시점 존재 

 

 

모듈 적재와 커널 부팅 처리 과정 또는 제거 과정 

• insmod 명령 : module_init 

• rmmod 명령 : module_exit 

exit 

응용 프로그램이 디바이스 파일을 여는 과정과 닫는 과정 

• open() 함수 : file_operations.open 

• close() 함수 : file_operations.close 


Linux Device Driver


243 

module_init의 초기화 처리 

 

 

 

 

 

 

디바이스 드라이버의 등록 

디바이스 드라이버에 내부 구조체의 메모리 할당 

여러 프로세스가 하나의 디바이스에 접근하는 경우에 필요한 사 

전처리 

주번호에 종속된 부번호를 관리하기 위한 사전 처리 

하드웨어 검출 처리 및 에러 처리 

하드웨어 초기화 




244 

module_exit의 종료처리 

 

 

 

디바이스 드라이버의 해제 

디바이스 드라이버에 할당된 모든 메모리의 해제 

하드웨어 제거에 따른 처리 


Linux Device Driver


245 

처리 순서 




246 

디바이스 드라이버 open() 함수 

 

응용 프로그램에서 디바이스 드라이버를 이용해 하드웨어를 제어 

하기 위해서는 디바이스 드라이버의 주번호 정보가 있는 디바이 

스 파일을 열어야 한다 

int fd; 

fd = open(DEVICE _ FILENAME, O_ RDWR | O_ NDELAY); 

if (fd < 0) 

{ 

printf(“error number %d”, error); 

exit(1); 

} 


Linux Device Driver


247 

 

디바이스 파일이 있고 디바이스 파일의 주번호에 해당하는 디바 

이스 드라이버가 커널에 등록된 상태이면, 디바이스 드라이버의 

file_operations 구조체의 open 필드에 선언된 함수가 호출된다 

struct file_operations call_fops = 

{ 

… 

open : xxx_open, 

… 

} 

 

file_operations 구조체의 open 필드에 대입되는 함수 형식 

int open(struct inode *inode, struct file *filp) 

{ 

int err = 0; 

// open 시 처리 내용들 

… 

return error; 

} 




248 

 

 

Error 

• ENODEV 

• ENOMEM 

• EBUSY 

: 하드웨어가 존재하지 않는다 

: 커널 메모리가 부족하다 

: 디바이스가 이미 사용중이다 

에러 값이 양수이므로 에러를 반환시에는 음수로 변환한 값을 사 

용 

• return –ENODEV; 


Linux Device Driver


249 

Open() 함수 호출 시 초기화 처리 

 

 

 

 

 

디바이스 드라이버가 처음 열렸을 때 하드웨어 초기화 

디바이스 드라이버의 동작에 필요한 에러 체크 

부번호에 대한 처리가 필요한 경우 파일 오퍼레이션 구조체의 갱 

신 

프로세스별 메모리 할당과 초기화 

모듈의 사용 횟수 증가 




250 

디바이스 드라이버의 release() 함수 

 

 

 

응용 프로그램에서 하드웨어의 제어가 끝나 디바이스 드라이버를 사용할 

필요가 없다면 디바이스 파일을 닫아야 한다 

if (fd >= 0) close(fd); 

정상적으로 열린 디바이스 파일을 close() 함수를 이용해 닫으면, 등록된 

디바이스 드라이버의 file_operations 구조체의 release 필드에 선언된 함 

수가 호출 된다 

struct file_operations call_fops = 

{ 

… 

release : xxx_release, 

… 

} 

file_operations 구조체의 release 필드에 대입되는 함수 형식 

int xxx_release(struct inode *inode, struct file *filp) 

{ 

// close 시처리내용 

return 0; 

} 


Linux Device Driver


251 

release() 함수 호출 시 종료 처리 

 

 

프로세스별 할당 메모리 해제 

모듈 사용 횟수 감소 




252 

모듈 사용 횟수 관리 

 

 

 

 

커널 24에서는 2.4에서는 디바이스 드라이버의 사용 횟수를 커널에서 관리 

하지 않고 디바이스 드라이버 자체에서 처리 

모듈 사용 횟수 관리 매크로 

• MOD_INC_USE_COUNT : 사용 횟수 증가 

• MOD_DEC_USE_COUNT : 사용 횟수 감소 

• MOD_IN_USE : 모듈 사용 횟수가 0이 아니면 참값을 반환 

open() 과 release() 함수에서 특별히 수행하는 것이 없더라도 모 

듈 사용 횟수 처리는 반드시 필요 

디바이스 드라이버가 open() 함수를 한번만 호출하도록 처리하고 

싶다면 

int xxx_open(struct inode *inode, struct file *filp) 

{ 

if (MOD_IN_USE) return –EBUSY; 

MOD_INC_USE_COUNT; 

return 0; 

} 


Linux Device Driver


253 

I/O 포트 영역의 경쟁 처리 함수 

 

 

 

동일한 자원을 다른 목적으로 사용하는 디바이스 드라이버의 존 

재가능 

해당 영역의 충돌 문제를 처리할 수 있도록 함수 제공 

#include 필요 

• check_region : 등록할 수 있는 I/O 영역인지 확인 

• int check_region(unsigned long from, unsigned long extent); 

• 커널에 등록된 I/O 자원 중 from으로 지정된 주소부터 extent로 지정된 

크기와 일치하는 영역이 있는지 확인 

• request_region : I/O 영역을 등록 

• void request_region(unsigned long from, unsigned long extent, const 

char *name); 

• from으로 시작되는 I/O 영역을 name에에 지정된 이름으로, extent로로 지정 

된 크기만큼 등록 

• /proc/ioport 파일로 확인 가능 




254 

 

• release_region : 등록된 I/O 영역을 해제 

• void release_region(unsigned region(unsigned long from, unsigned long extent); 

• 등록된 I/O 영역 중에서 from과 extent가 일치하는 등록 항목을 제거 

• 일부분만 제거는 불가능 

자원의 충돌을 해결하기 위한 함수 사용 순서 

• 디바이스 드라이버 초기화 루틴에서 check_region() 함수를 사용해 

해당 I/O 영역의 사용 여부 확인 

• 해당 영역을 사용하지 않고 있으면 request_region() 함수를 사용해 

점유 영역을 새로 등록 

• 디바이스 드라이버를 제거할 때는 release_region() 함수를 사용해 

등록된 영역을 제거 


Linux Device Driver


255 

I/O 메모리 영역의 경쟁 처리 함수 

 

 

 

PCI나 기타 내부적으로 I/O 제어를 위해 메모리 영역을 사용하는 

경우 

I/O 메모리 영역의 경쟁 문제를 해결할 수 있도록 함수 제공 

#include 필요 

• check_mem_region() : 등록된 자원인가를 확인 

• int check_mem_region(unsigned long from, unsigned long extent); 

• request_mem_region() : 자원을 등록 

• void request_mem_region(unsigned long from, unsigned long extent, 

const char *name); 

• release_mem_region() : 등록된 자원을 제거 

• void release_mem_region(unsigned long from, unsigned long extent); 




256 

읽기와 쓰기의 구현 

 

디지털 입출력을 처리하는 디바이스 파일 “/dev/dio”에 데이터를 

써넣거나 읽을때의 처리 

int fd; 

char buff[128]; 

fd = open(“/dev/dio”, O_ RDWR | O_ NDELAY); 

… 

read(fd, buff, 16); 

… 

write(fd, buff, 32); 

… 

close(fd); 


Linux Device Driver


257 

 

read(), write() 함수를 사용하면 디바이스 파일의 주번호에 의해 연결된 

커널 내에 디바이스 드라이버 file_operations 구조체 함수 필드 중 read 

필드와 write 필드가 각각 호출됨 

ssize_t xxx_read(struct file *filp, const char *buf, size_t count, loff_t *f_pos) 

{ 

// 하드웨어에서 데이터 읽기 

} 

ssize_t write (struct file *filp, const char *buf, size_t count, loff_t *f_pos) 

{ 

// 하드웨어에 데이터 쓰기 

} 

struct file_operations xxx_fops = 

{ 

… 

read : xxx_read, 

write : xxx_write, 

… 

}; 




258 

디바이스 드라이버의 읽기와 쓰기 구조 


Linux Device Driver


259 

read() 함수의 구현 

 

 

buf에 전달되는 값은 응용 프로그램에서 전달한 버퍼의 주소이므 

로 디바이스 드라이버에서 직접적으로 사용 불가능 

커널 메모리 공간과 사용자 메모리 공간의 이동을 위한 함수 

• copy_ to_ user(to, from, n) 

• 커널 메모리 from을 사용자 메모리 to로 n만큼 복사 

• put_user(x, ptr) 

• x 변수값을 ptr의 사용자 메모리값에 대입 




260 

 

read() 함수에서 하드웨어를 다룰 경우에 대한 함수 

• inb, inw, inl, insb, insw, insl 

• outb, outw, outl, outsb, outsw, outsl 

• readb, readw, readl 

• writeb, writew, writel 

• memset_io, memcpy_fromio, memcpy_toio 


Linux Device Driver


261 

일반적인 read() 함수의 처리 구조 

 

read() 함수의 에러 : return 값이 음수인 경우 

• EAGAIN : O_NONBLOCK으로 열렸지만 즉시 읽을 수 있는 데이터 

가 없다 

• EIO : I/O 에러 발생 

• EFAULT : buf가 접근할 수 없는 주소 공간을 가리킨다 




262 

write() 함수의 구현 

 

 

read() 함수와 마찬가지로 buf의 주소가 응용 프로그램에서의 주 

소이므로 디바이스 드라이버에서 직접적인 사용 불가능 

커널 메모리 공간과 사용자 메모리 공간의 이동을 위한 함수 

• copy_ from_ user(to, from, n) 

• 사용자 메모리 from을 커널 메모리 to로 n만큼 복사 

• get_user(x, ptr) 

• x 변수에 ptr의 사용자 메모리 값을 대입 


Linux Device Driver

263 

 

write() 함수의 에러 

• EAGAIN : O_NONBLOCK으로 열렸지만 write() 호출 시에 즉시 처리 

할 수 있는 상황이 아니다 

• EIO : I/O 에러 발생 

• EFAULT : buf가 접근할 수 없는 주소 공간을 가리킴 

• ENOSPC : 데이터를 위한 공간이 없다 




264 

일반적인 write() 함수의 구조 


Linux Device Driver


265 

struct file *filp 

 

struct file의 형태 




266 

 

자주 사용되는 필드 

• unsigned int f_flags; 

• 응용 프로그램에서 디바이스 파일을 열었을 때 flags에 설정된 값 

• O_RDONLY : 읽기 전용 처리 

• O_NONBLOCK, O_NDELAY : 블록 처리를 수행 안함 

• O_SYNC : 써넣는 데이터는 반드시 디바이스에 적용 

• loff_t f_pos; 

• f_pos 필드 변수는 현재의 읽기/쓰기 위치를 담으며, read(), write(), 

llseek()과 같이 읽기/쓰기의 위치를 변경할 수 있는 함수에 의해 변경 

• void *private_data; 

• 디바이스 드라이버에서 프로세스가 함수간 메모리를 공유할 필요가 있 

을 때 사용 

• struct file_operations *f_op; 

• 부번호에 따라 다른 응답을 처리해야 할 경우 

• open() 함수 처리시에 이 필드는 직접 변경하여 부번호에 따라 다르게 동 

작하는 디바이스 드라이버 작성 가능 


Linux Device Driver


267 

I/O 맵드 입출력 처리 함수 

메모리 맵드 입출력 처리 함수 

사용자 프로세스 공간과 커널 프로세스 공간 



디바이스 드라이버 읽기/쓰기 구현 예제 

268 

예제 소스 – rdwr_dev.c 


Linux Device Driver


269 

예제 소스 – rdwr_dev.c 




270 

예제 소스 – rdwr_app.c 


Linux Device Driver

문자 디바이스 드라이버의 읽기와 쓰기 

271 

예제 소스 – rdwr_dev.c (kernel 2.6) 




272 



Linux Device Driver


273 





274 



Linux Device Driver


275 

예제 소스 – rdwr_app.c (kernel 2.6) 




276 

예제 소스 – rdwr_app.c (kernel 2.6) 


Linux Device Driver


277 


rdwr_app.c(kernel 2.6) 



주번호, 부번호, 디바이스 타입 

278 

주번호(Major Number) 

 

 

 

디바이스 파일 

• 커널 내부의 함수를 호출할 수 있는 정보만을 제공하는 파일 

• 디바이스 드라이버 타입 정보(문자형/블록형) 

• 주번호(Major Number) 

• 부번호(Minor Number) 

디바이스 드라이버 타입 정보와 주번호는 디바이스 드라이버가 

등록된 함수를 호출하는 정보로 사용 

제어하려는 디바이스를 구분하기 위한 디바이스 ID 

부번호(Minor ( Number) 

 

커널에 포함된 각 디바이스 드라이버에 의해 용도 결정 

• 디바이스 드라이버가 다루는 실제 디바이스의 구분 

• 용도에 따른 디바이스의 구분 

• 블록 디바이스의 파티션 구분 

• 일반적으로 같은 종류의 디바이스가 여럿 있을 때 그 중 하나를 선택 

하기 위해 사용 


Linux Device Driver

주번호, 부번호, 디바이스 타입 

279 

디바이스 타입 – kdev_t 

 

 

Kernel 2.4.X 의 디바이스 타입 변수형 

“include/linux/kdev_t.h” 파일에 선언 

typedef unsigned short kdev_t; 

#define MINORBITS 8 

#define MINORMASK ((1U > MINORBITS)) 

#define MINOR(dev) 

((unsigned int)((dev) ) & MINORMASK)) 

#define MKDEV(ma, mi) (((ma)

device_driver-08.pdf(1.9MB)

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