사용자 응용프로그램에서 디바이스 드라이버와 서로 데이터를 주고받기 위해서는 보통 read()나 write()  함수를 사용한다.

반면 응용프로그램에서 ioctl() 함수는 복잡한 기능의 디바이스를 제어하기 위해 사용한다.

 

응용 프로그램에서 호출하는 ioctl 함수 포맷 : int ioctl(int d, int request, ....)

 

여기서 ioctl 함수의 첫 번째 인수는 open 함수로 오픈된 디바이스 파일을 가리키는 파일 디스크립터이다. 두 번째 인수는 디바이스 드라이버 내에서 사용하기 위해 정의된 명령어 번호이다. ioctl 함수의 세번째 인수가 '....'인 것은 세번째 인수가 char 타입, long타입, pointer 타입 등 여러가지 데이터 타입을 가질 수 있어 컴파일 시 인수 타입 불일치로 인한 에러 발생을 막기 위한 것이다.

 

위의 ioctl() 함수의 두 번째 인수인 명령어 번호는 보통 디바이스 드라이버 개발자가 할당한다. 리눅스 커널에서는 이 명령어 번호를 쉽게 관리할 수 있는 매크로를 제공한다.

 

 

매크로 

기능 

_IO(type,nr) 

ioctl() 함수의 세 번째 인수를 사용하지 않을 때 사용 

_IOR(type, nr, size) 

ioctl() 함수의 세 번째 인수가 디바이스 드라이버에서 read될 때 사용 

)IOW(type, nr, size) 

ioctl() 함수의 세 번째 인수가 디바이스 드라이버로 write될 때 사용 

_IOWR(type, nr, size)

ioctl() 함수의 세 번째 인수가 읽기/쓰기/동작에 모두 사용될 때 사용 

 

 

아래에 LCD 디스플레이 디바이스 드라이버에서 매직넘버 및 ioctl() 함수의 명령어를 정의하는 예를 보였다.

 

#define LCD_DEV_MAGIC 'Y'

 

#define LCD_INIT _IO(LCD_DEV_MAGIC,0)

#define LCD_CMD _IOW(LCD_DEV_MAGIC, 1, unsigned char)

#define LCD_FILL _IOW(LCD_DEV_MAGIC, 2, unsigned char)

 

위 예에서 ioctl() 함수의 LCD_INIT 명령은 사용자 응용 프로그램과 디바이스 드라이버 사이에서 데이터 전달이 필요 없는 명령이어서 _IO 매크로를 사용하였다. LCD_CMD, LCD_FILL 명령은 사용자 응용 프로그램에서 디바이스 드라이버로 데이터를 보내는(write) 기능이므로 _IOW() 매크로를 이용하였다. 이때 전달하는 데이터는 1바이트 문자로 하였다. 

 

사용자 실행 프로그램에서 위와 같이 ioctl() 함수를 호출하면 해당 디바이스 드라이버에서 file_operations 구조체가 가리키는 ioctl 함수가 호출된다

 

file_operations->(*ioctl) (struct inode*, struct file *, unsigned int, unsigned long)

 

 

 

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static int __init chrdev_init(void)
{
int result;
result = register_chrdev(63, "chrdev_dd",&chrdev_fops);
if(result<0)
{
printk("chrdev_dd: 에러!\");
return result;
}
return result;
}

int chrdev_open(struct inode *inode, struct file *filp){
 MOD_INC_USE_COUNT;
 return 0;
}

static ssize_t chrdev_read(struct file * file, char *buffer, size_t, count, loff_t *offset){
 chrdev_buff = *chrdev_addr;
 copy_to_user(buffer, &chrdev_buff, size);
}

static ssize_t chrdev_write(struct file *file, const char *buffer, size_t length, loff_t *offset){
  int value, *keyReg;
  ......생략...........
  get_user(value,(int*)buffer);
  *chardev_wr_addr = ~value;
 .......생략..........
}

int chrdev_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    return 0;
}

int chrdev_release(struct inode *inode,struct file *filp){
MODE_DEC_USE_COUNT;
return 0;
}

struct file_operations chrdev_fops = {
open : chrdev_open;
read : chrdev_read;
write : chrdev_write,
ioctl : chrdev_ioctl,
release : chrdev_release,
};

module_init(chrdev_init)l
module_exit(chrdev_cleanup);


 

 

 

 

 

위에서 module_init(chrdev)init);문에 의해 디바이스 드라이버가 메모리에 로드될 때 chrdev_init()함수가 실행되며 이때 등록함수 register_chrdev()가 호출된다. 함수에서 인수로 디바이스 주번호 63 디바이스명은 chrdev_dd file_operations 구조체 포인터는 chrdev_fops를 사용한다. 커널 레벨에서의 문자 출력 함수인 printk()문은 등록 실패시 실행된다.

 

 

응용프로그램에서 open("/dev/chrdev_dd", O_RDWR) 식으로 open()함수를 호출하면, 커널 내부에서는 /dev 디렉터의 디바이스 파일 chrdev_dd에 할당된 디바이스 주(major) 번호를 가지고 chardevs[] 배열에서 해당하는 문자 디바이스 드라이버의 file_operations 구조체 멤버 (*open)이 가리키는 chrdev_open()함수를 호출한다.

 

디바이스 파일 chrdev_dd의 오픈에 성공하면 파일 디스크립터를 얻게 되고 이후 응용프로그램에서는 이 파일 디스크립터를 사용해 해당 디바이스에 접근(read/write)할 수 잇다. 이 open()함수는 디바이스를 초기화하고 필요한 자원을 할당받으며 MOD_INT_USE_COUNT 매크로를 이용해서 카운트 값을 1 증가시켜 디바이스 드라이버가 사용중임을 표시한다.

 

 

여기서 file_operations 구조체 chrdev_fops에는 응용프로그램의 open(), read(), write(), ioctl(), release()에 대응하는 디바이스 드라이버 내부 함수 chrdev_open(),chrdev_read(), chrdev_write, chrdev_ioctl(), chrdev_release()를 각각 정의하고 있다.

 

chrdev_read() 함수에서는 실제 디바이스 주소로부터 데이터를 읽어온 후 이를 copy_to_user 매크로를 사용해 to포인터가 가리키는 사용자 메모리로 from 포인터가 가리키는 커널 메모리에 있는 내용을 복사한다.

 

디바이스에 데이터를 출력하기 위해 응용프로그램에서 write() 함수를 호출하면 이때 문자 디바이스 드라이버 내의 함수 chrdev_write()가 실행된다. chrdev_write()에서는 디바이스에 데이터를 쓰기 전에 copy_from_user(to, from, n) 매크로를 사용해 from 포인터가 가리키는 사용자 메모리 영역의 내용을 to 포인터가 가리키는 커널 메모리 영역으로 복사한다.

 

응용프로그램에서 ioctl() 함수를 호출하면 디바이스 드라이버 내의 함수 chrdev_ioctl()가 실행된다. 응용프로그램에서 read()나 write() 함수는 디바이스와 데이터를 주고 받는데 주로 사용하며, 이를 통해 디바이스의 기능 자체를 제어하기는 적합치 않은 경우가 있다. 이런 경우 디바이스 자체를 제어하는 특수 기능은 ioctl()을 통해서 한다.

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* 리눅스 디바이스 드라이버


 리눅스 디바이스 드라이버는 리눅스 커널의 일부분으로 포함되어 컴퓨터나 임베디드 시스템의 하드웨어를 제어하는 기능 및 이에 대한 인터페이스를 제공한다.

임베디드 시스템에서 주변장치를 제어하고자 하는 응용프로그램은 리눅스 디바이스 드라이버가 제공하는 인터페이스를 통하여 해당 장치를 제어할 수 있다. 


 리눅스 디바이스 드라이버는 리눅스 커널 자체에서 이미 지원하는 것도 있고 임베디드 시스템 개발 과정에서 개발자가 직접 작성해야 하는 경우도 있다. 


- 문자 디바이스 


 문자 디바이스는 바이트 단위로 동작하며 파일처럼 바이트 스트림으로 읽거나 쓸 수 있는 디바이스이며, 블록 디바이스는 블록 단위로 동작하며 하드디스크처럼 내부에 파일시스템을 가질 수 있는 디바이스이다. 


- 블록 디바이스 


 블록 디바이스는 하드디스크나 USB 메모리 처럼 내부에 파일시스템을 가질 수 있는 디바이스다


* 문자 디바이스 드라이버


 디바이스 드라이버도 디바이스 종류와 마찬가지로 문자 디바이스 드라이버, 블록 디바이스 드라이버 및 네트워크 디바이스 드라이버로 분류할 수 있다.. 임베디드 시스템 개발 시 가장 많이 사용하는 문자 디바이스 드라이버의 작성 시에는 응용 프로그램에서 이 디바이스를 사용할 수 있도록 하기 위해 open(), close(), read(), write(), ioctl() 같은 시스템 호출 함수들을 구현해야 한다. 



* 리눅스 커널 모듈 


 리눅스 시스템에서 디바이스 드라이버는 커널 모듈 형태로 만들어진다. 커널 모듈은 커널의 재컴파일 및 설치가 필요 없이 동적으로 리눅스 커널에 모듈 형태로 커널 기능의 추가나 제거를 가능하게 해준다. 따라서 리눅스 부팅 이후 커널이 실행중인 동안에도 필요 시에 커널에 기능을 추가할 수 있다.


커널 모듈 코드에는 init-module() 함수와 cleanup_module() 함수가 반드시 포함되는데, init_module() 함수는 커널 모듈이 메모리에 적재될 때 호출되며 cleanup_module()은 커널 모듈이 제거될 때 호출된다. 커널 모듈은 실행파일이 아닌 오브젝트 파일 형태이므로 커널 모듈을 컴파일할 때는 C 컴파일러에게 오브젝트 코드만을 생성하도록 하는 '-c' 옵션을 주면 된다. 


커널 모듈이 실제로 링크되는 시점은 메모리에 적재될 때이다. 커널 모듈을 메모리에 적재할 때는 insmod명령을 사용하고, 제거할 때에는 rmmod 명령을 사용한다.

커널 모듈소스에는 헤더 파일로서 linux/module.h가 포함되어야 한다. 




간단한 커널 모듈프로그램

#define MODULE

#include "linux/module.h"
#include "linux/kernel.h"

int init_module(void)
{
printk(" Linux Kernel Module Loading ... \n");
return 0;
}

void cleanup_module(void)
{
printk(" Linux Kernel Module Unloading ...\n");
}



커널 모듈이 메모리에 적재될 때(insmod 명령 사용) init_module()함수에 의해 적재된 커널 모듈이 초기화되면 자신을 현재 실행중인 커널에 등록한다. 이때 등록에 사용하는 함수 이름은 문자 디바이스의 경우 register_chrdev(), 블록 디바이스의 경우 register_blkdev() 이다.


rmmod 명령에 의해서 커널 모듈이 제거될 때에는 cleanup_module()함수가 호출되어 init_module() 함수에서 할당받은 자원을 반환하고, 문자 디바이스의 경우 unregister_chrdev() 함수를 사용하여 커널 모듈의 등록을 해제한다. 블록 디바이스의 경우 등록 해제에 unregister_blkdev()함수를 사용한다.



* file_operations 구조체 


file_operations 구조체는 사용하려는 응용 프로그램과 디바이스 드라이버를 서로 연결해 주는 기능을 하며, 디바이스 드라이버 내에서 구현된 함수들에 대한 포인터들로 구성되어 있다.  file_operations 구조체는 include/linux/fs.h 헤더 파일에 정의되어 있으며 다음에 이 내용의 일부를 보였다.










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