Internalités du noyau GNU/Linux et pilotes de périphériques intégrés

Prerequisites:

• Une familiarité de base avec l'utilisation d'un système GNU/Linux en tant qu'utilisateur final
• Une familiarité de base avec un shell en ligne de commande
• Des connaissances de base en développement d'applications en espace utilisateur
• Des connaissances intermédiaires en programmation C
• Avoir suivi l'architecture des systèmes GNU/Linux embarqués auparavant (fortement recommandé !) et/ou avoir une bonne compréhension des sujets y étant abordés

Overview:

Description

Ce cours de formation de 5 jours utilise des exercices pratiques combinés à un enseignement pour illustrer les concepts liés aux internalités du noyau GNU/Linux et au développement de pilotes de périphériques. Il est conçu pour vous mettre à niveau rapidement. Nous décrivons les processus, les concepts et les commandes nécessaires à l'écriture de pilotes GNU/Linux à travers une combinaison de théorie et de formation en situation de travail.

Inventez la roue à votre façon, mais apprenez auprès d'un formateur expérimenté et repartez avec une connaissance opérationnelle et la capacité de l'utiliser efficacement dans votre propre projet de développement intégré.

À qui s'adresse cette formation ?

Personnes intéressées par ou chargées du développement ou de l'évaluation de pilotes GNU/Linux pour systèmes embarqués, tels que les ingénieurs logiciels, les ingénieurs terrain, les chefs de projet, les ingénieurs matériels.

Course Outline:

Introduction

• Historique rapide de GNU/Linux
• Licensing
• Versionnement du noyau
• Cycle de release
• Arborescences du noyau
• Branche principale (mainline)
• Noyau vs espace utilisateur
• Mécanisme vs politique
• Alternatives aux pilotes de noyau
• RTOS vs Linux

Gestion de la mémoire

• Mémoire virtuelle vs mémoire physique
• Allocation de mémoire dans le noyau
• Pages
• Zones
• API
• Slab

Patchs du noyau

• Cycle de vie
• Git
• Source du noyau
• Création de patch
• Vérification de patch
• Correction de patch
• Livraison de patch
• Code audité

Modules du noyau

• Obtention des sources du noyau
• Configuration/génération/installation
• Pilotes de périphériques (liés statiquement, chargés au moment de l'exécution)
• Init/exit
• Licensing
• EXPORT_SYMBOL GPL
• Makefile hors arborescence du noyau
• Module-init-tools
• Module dans l'arborescence du noyau
• Kconfig
• Transmission de paramètres
• Sparse

Pilotes caractère (Char Drivers)

• Architecture
• Interface utilisateur/noyau
• Sous-système E/S
• VFS (Filesystem Virtuel du Noyau)
• sysfs (périphériques, bus, pilotes, classes),
• kobject/ktype/kset
• Modèle de pilote du noyau Linux
• Fichiers de périphérique
• Pilote caractère
  • Initialisation
  • Enregistrement
  • Ouverture, fermeture
  • cdev, ajout cdev, suppression cdev, ...
  • Numéros majeurs/mineurs
  • udev, udevmonitor, udevadm

Opérations avancées des pilotes caractère

• ioctl
• ioctl déverrouillé
• ioctl de compatibilité
• API espace utilisateur
• API espace noyau
• Cycle de vie du processus
• Mise en veille/blocage
• Mise en veille/réveil
• File d'attente d'attente
• Phénomène du troupeau tonitruant (thundering herd)
• poll/select

Débogage du noyau

• Débogage
• Débogage du noyau
  • Recherche binaire avec git
  • Support de débogage depuis le noyau
  • printk syslogd, klogd, niveaux log, limitation de débit, niveaux de débogage, sous-systèmes ciblés
  • Débogage par interrogation de debugfs
  • Débogage d'oops, génération d'oops
  • Touche magique SysRq
  • kgdb/kdb
  • JTAG

Traçage

• gcov
• lcov
• oprofile
• ftrace
  • traceur nop
  • traceur de fonctions
  • traceur de changement de planification
  • traceur de graphe de fonctions
  • traceur dynamique
• trace-cmd/kernelshark
• perf
• LTTng

Interruptions

• Interruptions vs sondage
• Interruption
• Sections de programme
• Réentrance
• Événements
• Gestionnaire d'interruption
• Gestionnaire d'interruption partagé
• Flux d'interruption
• Contrôle d'interruption

Report de travail

• Demi-haut/demi-bas
• Softirqs
• Tasklets
• Files de travail
• Interruptions threadées

Concurrence

• Région/section critique
• Opérations atomiques
• Condition de concurrence
• Synchronisation
• Verrouillage
• Solutions de verrouillage
• Interblocage (deadlock)
• Contention
• Que verrouiller ?
• Que peut-on utiliser ?
  • Opérations atomiques
  • Spinlocks
  • Spinlocks lecteur-écrivain
  • Sémaphore
  • Sémaphore binaire
  • Mutex
  • Sémaphore lecteur-écrivain
  • Variables de complétion
  • Verrous de séquentialité
  • Désactivation de la préemption
  • Ordre et barrières

Temps

• HZ
• Jiffies
• Délais longs/courts
• Minuteur du noyau

E/S matériel

• Ports E/S
• Mémoire E/S
• Comment gérer les effets secondaires lors de l'accès aux registres ?

Communication utilisateur-noyau

• put(get)_user()
• copie vers(depuis)_user()
• E/S du noyau
• Mappage mémoire
• procfs
• sysfs
• debugfs
• relayfs
• Netlink
• ioctl

Portabilité

• Taille des mots
• Types opaques
• Char signé/non signé
• Alignement des données
• Promotion entière
• Réutilisation du code
• Ordre des octets (endianness)
• Ticks système
• Taille des pages
• Ordonnancement des instructions
• SMP/préemption/mémoire haute

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