PB173 - Binární programování Linux
XI. Komunikace s HW
Jiri Slabý
Fakulta informatiky Masarykova univerzita
29. 11. 2016
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
29. 11. 2016      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 29. 11. 2016 2/13
Různé přístupy ke komunikaci s HW
O Jádro HW ovládá a uživatelovi nevystavuje
• V Linuxu téměř nic
O Jádro zaštiťuje nízkoúrovňovou 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
o Získání povolení: ioperm nebo iopi 9 Přímý přístup: out+in
• Soubory v /sys/ (PCI)
9 mmap
• Knihovny na přímou komunikaci s HW
• libusb, libpciaccess
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU) PB173/05 29. 11. 2016 3/13
Přístup instrukcemi/voláními
l/O porty
• Porty jsou specifikum některých CPU (včetně x86)
• Samostatná (malá) sběrnice
• 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
29. 11. 2016 4/13
Úkol
Zahrajte melodii na PC speaker (doplňte pbi73-bin/n/speaker.c)
O Nastartujte Si Virtuální Stroj (pbl73-bin/qemu-start)
Q Dopište tělo funkce beep
• Zapište 0xb6 na port 0x43
• Zapište div na port 0x42
• Zapište (div » 8) na port 0x42
• Přečtěte port 0x61 (obsah spodních 2 bitů zahoďte)
• Zapište přečtenou hodnotu I 0x03 zpět na port 0x61
O Dopište tělo funkce stop.beep
o Přečtěte port 0x61
9 Zapište o na spodní 2 bity portu 0x61
O Po všech zápisech a čteních čekejte alespoň 10 fis 9 Máte k dispozici usleep
0 Přidejte do main před play volání ioperm
© Spusťte
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
29. 11. 2016 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 prostorů - specifikace zařízení (výrobce)
• lspci
9 Podrobnosti v PCI specifikaci
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)
PB173/05
29. 11. 2016 6/13
mmap pro přímou komunikaci s PCI
9 Každé PCI zařízení může mít:
• l/O porty (komunikace viz dříve)
• Paměť ve fyzickém prostoru
• Přerušení, DMA, atd. (UIO)
• Soubory /sys/bus/pci/devices/*/resource*
o Mapují se pomocí mmap
o Obsah: ve specifikaci konkrétního zařízení
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU)
PB173/05
29. 11. 2016 7/13
Úkol
Komunikace s EDU zařízením
O Zjistěte číslo EDU karty z výstupu íspci
• Má ID Oxlle8 V qemu
• Hledáte něco jako 01:01.0
Q Mapujte resourceO EDU zařízení
• V /sys/bus/pci/devices/...
• 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 Q Vypište, co je na druhé pozici O Spusťte
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU) PB173/05 29. 11. 2016 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 29. 11. 2016 9/13
libpciaccess
• gcc ... -lpciaccess (pciaccess.h) O Inicializace: pci_system_init
• Deinicializace: pci_system_cleanup
• Vytvoření iterátoru (struct pci_device_iterator *)
• Vím ID: pci_id_match_iterator_create a struct pci_id_match
• Vím slot: pci_slot_match_iterator_create a struct pci_slot_match
• Procházení iterátoru: pci_device_next
9 Vrací struct pci_device * (a null nakonec)
• Zničení iterátoru: pci_iterator_destroy
Struktury pci_id_match a pci	_slot_match	l
uint32_t vendorid; uint32_t device_id; uint32_t subvendorid; uint32_t subdevice_id;	uint32_t domain; uint32_t bus; uint32_t dev; uint32_t func;	PCIJvlATCHANY
		
Jiri Slabý (Fakulta informatiky, MU)	PB173/05	29. 11. 2016 10/13
Úkol
Výpis PCI zařízení pomocí libpciaccess
O Volejte pci_system_init
O Vytvořte iterátor
• S parametrem null, tj. projdi všechny
O Projděte zařízení
O Pro každé vypište číslo
• Domény Sběrnice
• Zařízení
• Funkce
Q Spusťte a zkontrolujte s íspci -nn
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU) PB173/05 29. 11. 2016      11 /13
libpciaccess a zařízení
• Před další prací je nutné inicializovat struct pci.device
• Pomocí pci_device_probe
• 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 a OS Informace o zařízení
• Ctení: pci_device_cf g_read*
• Zápis: pci_device_cfg_write*
Jiri Slabý (Fakulta informatiky MU)
PB173/05
29. 11. 2016 12/13
Úkol
Práce S EDU pomocí libpciaccess
O Mapujte si 0. region
• pci_device_map_range
• Mapujte jako volatile uint32_t *
• Podobně jako mmap předtím
O Vypište, co je na první a třetí pozici Q 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
29. 11. 2016 13/13