PB173 - Binární programování Linux
XI. Komunikace s HW
Jiri Slabý
Fakulta informatiky Masarykova univerzita
10. 12. 2015
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
10. 12. 2015      1 /13
Komunikace s HW
• Obvykle práce ovladačů v jádře
• Ale často není jádro třeba
• Zařízení na sériovém portu
• Skenery, tiskárny a podobná USB zařízení
• I jednoduchá PCI zařízení
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
10. 12. 2015      2/ 13
Různé přístupy ke komunikaci s HW
O Jádro HW ovládá a uživatelovi nevystavuje
• V Linuxu téměř nic
O Jádro zaštiťuje nízkourovňovou komunikaci
• Zařízení V /dev/ (ttyS*, ttyUSB*, lp*)
• Soubory v /sys/ (gadgety) O Jádro obsluhuje jen přerušení
• Vrstva UIO
• Dokumentace: uio-howto
O Jádro nedělá s HW nic
• Uživatel používá instrukce/volání
• Získání povolení: ioperm nebo iopi
• Přímý přístup: out+in
• Soubory v /sys/ (PCI)
• mmap
• Knihovny na přímou komunikaci s HW
• libusb, libpciaccess
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
10. 12. 2015      3/ 13
Přístup instrukcemi/voláními
l/O porty
• Porty jsou specifikum některých CPU (včetně x86)
• Samostatná (malá) sběrnice
o Speciální instrukce (in, out na x86)
• Je zde řadič klávesnice, PC spkr, časovače a ovladače přerušení, ladicí port (0x80    segmentový displej na desce), ...
• Žádost O přístup: ioperm, iopl
• Čtení: inX
• Zápis: outx, kde X e {b, w, 1}
• Dokumentace: man ioperm a man inb
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
10. 12. 2015      4/ 13
Úkol
Zahrajte melodii na PC speaker (doplňte pbi73-bin/n/speaker c)
O Nastartujte Si virtuální Stroj (pbl73-bin/qemu-start)
O Dopište tělo funkce beep
• Zapište 0xb6 na port 0x43
• Zapište 0xi234dd/hz na port 0x42
• Zapište (0xi234dd/hz)» 8 na port 0x42
• Přečtěte port 0x61 (obsah spodních 2 bitů zahoďte)
• Zapište přečtenou hodnotu I 0x03 zpět na port 0x61
Q Dopište tělo funkce stop_beep
• Přečtěte port 0x61
• Zapište o na spodní 2 bity portu 0x61
O Po všech zápisech a čteních čekejte alespoň 10 /is
• Máte k dispozici usleep
Q Přidejte do main volání ioperm
O Spusťte
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
10. 12. 2015      5/ 13
PCI zařízení
• PCI, PCI-X, PCIe
• Hierarchická sběrnice
• Identifikace doména:bus:slot:funkce
• Bridge (=routery)
• Konfigurační prostor
• Automatická konfigurace
• ID zařízení (vendor, device), l/O prostory, IRQ
• Obsah l/O - specifikace zařízení (výrobce)
• lspci
• Podrobnosti v PCI specifikaci
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
10. 12. 2015      6/ 13
mmap pro přímou komunikaci s PCI
• Každé PCI zařízení může mít:
• l/O porty (komunikace viz dříve)
• Paměť ve fyzickém prostoru o Přerušení, DMA, atd. (UIO)
• Soubory /sys/bus/pci/devices/*/resource*
• Mapují Se pomocí mmap
• Obsah: ve specifikaci konkrétního zařízení
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
10. 12. 2015      7/ 13
Úkol
Komunikace s EDU zařízením
O Mapujte resourceO PCI zařízení S ID 0xlle8 V qemu
• Jen v qemu S -device edu
• Mapujte jako volatile uint32_t *
O Vypište, co je na první a druhé pozici O Zapište nějaké číslo na druhou pozici O Vypište, co je na druhé pozici O Spusťte
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
10. 12. 2015      8/ 13
Knihovny pro přímou komunikaci s HW
• Kromě přímého mmap přístupu existují i knihovny
• libusb, libpciaccess
• Jsou přenositelné
• Poskytují lepší rozhraní
• Pracují se soubory v /proč a /sys
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
10. 12. 2015      9/ 13
libpciaccess
• gcc ... -lpciaccess (pciaccess.h)
• Inicializace: pci_system_init
• Deinicializace: pci_system_cleanup
• Vytvoření iterátoru (struct pci_device_iterator *)
• Vím ID: pci_id_match_iterator_create
• Vím slot: pci_slot_match_iterator_create
• Procházení iterátoru: pci_device_next
• Vrací struct pci.device * (a null nakonec)
• Zničení iterátoru: pci_iterator_destroy
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
10. 12. 2015
10/13
Úkol
Výpis PCI zařízení pomocí libpciaccess
O Volejte pci_system_init
Q Vytvořte iterátor
• S parametrem null, tj. projdi všechny
O Projděte zařízení
O Pro každé vypište číslo
• Domény
• Sběrnice
• Zařízení
• Funkce
O Spusťte a zkontrolujte s íspci -nn
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU) PB173/05 10.12.2015      11 / 13
libpciaccess a zařízení
• Před další prací je nutné inicializovat struct pci.device
• Pomocí pci_device_probe
o Potom lze pracovat s dalšími prvky struct pci.device
• vendor_id, device_id, irq, ...
• Mapování regionu: pci_device_map_range
• Mapuje region do paměti
• Podobné mmap regionu z dnešního cvičení
• Konfigurační prostor
• Zapisuje BIOS/je v ROM
• Informace o zařízení
• Ctení: pci_device_cf g_read* o Zápis: pci_device_cf g_write*
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
10. 12. 2015
12/13
Úkol
Práce S EDU pomocí libpciaccess
O Mapujte si 0. region
o pci_device_map_range
• Mapujte jako volatile uint32_t *
• Podobně jako mmap předtím
Q Vypište, co je na první a třetí pozici O Zapište nějaké malé číslo na třetí pozici O Počkejte, než bude osmá pozice o O Vypište, co je na třetí pozici O Spusťte
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
10. 12. 2015 13/13