Embedded GNU/Linux Kernel Internals and Device Drivers ( ldd | 35 hours )

• Podstawowa znajomość korzystania z systemu GNU/Linux jako użytkownik końcowy
• Podstawowa znajomość powłoki wiersza poleceń
• Podstawowa znajomość przestrzeni użytkownika / tworzenia aplikacji
• Pośrednia znajomość programowania w języku C
• Powinien wcześniej uczestniczyć w Embedded GNU/Linux Systems Architecture (zdecydowanie zalecane!) i/lub dobrze rozumieć tematy tam przedstawione.

Opis

Ta 5-dniowa klasa szkoleniowa wykorzystuje praktyczne ćwiczenia połączone z instrukcjami, aby zilustrować koncepcje wewnętrznych elementów jądra GNU / Linux i rozwoju sterowników urządzeń. Został zaprojektowany tak, aby szybko przyspieszyć pracę. Opisujemy procesy, koncepcje i polecenia niezbędne do pisania sterowników urządzeń GNU / Linux poprzez połączenie teorii i szkolenia w miejscu pracy.

Nie wymyślaj koła na nowo, lecz ucz się od doświadczonego trenera, a zdobędziesz praktyczną wiedzę i umiejętność jej efektywnego wykorzystania we własnym projekcie programowania wbudowanego.

Kto powinien wziąć udział?

Osoby zainteresowane rozwojem lub oceną sterowników urządzeń GNU/Linux, takie jak inżynierowie oprogramowania, inżynierowie terenowi, kierownicy (projektów), inżynierowie sprzętu.

Wprowadzenie

• krótka historia GNU/Linux
• licencjonowanie
• wersjonowanie jądra
• cykl wydań
• drzewa jądra
• mainline
• jądro a przestrzeń użytkownika
• mechanizm vs. polityka
• alternatywy dla sterowników jądra
• RTOS vs. Linux

Pamięć Management

• Pamięć wirtualna vs. pamięć fizyczna
• alokacja pamięci w jądrze
• strony
• strefy
• API
• płyta

Patch jądra

• cykl życia
• git
• źródło jądra
• tworzenie poprawki
• sprawdź poprawkę
• popraw patch
• wysłać łatkę
• skontrolowany kod

Moduły jądra

• pobierz źródła jądra
• configure/build/install
• sterowniki urządzeń (połączone statycznie, ładowane w czasie wykonywania)
• init/exit
• licencjonowanie
• EXPORT SYMBOL GPL
• poza drzewem makefile
• module-init-tools
• moduł w drzewie jądra
• Kconfig
• przekazywanie parametrów
• rzadki

Sterowniki Char

• architektura
• interfejs użytkownika/jądra
• Podsystem wejścia/wyjścia
• VFS
• sysfs (urządzenia, magistrala, sterowniki, klasy),
• kobject/ktype/kset
• model sterownika jądra systemu Linux
• pliki urządzeń
• sterownik char
  • inicjalizacja
  • rejestracja
  • open, release
  • cdev, cdev add, cdev del,...
  • numery major/minor
  • udev, udevmonitor, udevadm

Zaawansowane operacje sterownika karty

• ioctl
• odblokowany ioctl
• compat ioctl
• API przestrzeni użytkownika
• API przestrzeni jądra
• cykl życia procesu
• spanie/blokowanie
• usypianie/budzenie
• kolejka oczekiwania
• grzmiące stado
• poll/select

Debugowanie jądra

• błąd
• debugowanie
• debugowanie jądra
  • wyszukiwanie binarne z git
  • wsparcie debugowania z jądra
  • printk syslogd, klogd, loglevels, rate limit, debug levels, debug selective subsystems
  • debugowanie przez zapytanie debugfs
  • debugowanie oops, potwierdzanie oops
  • Magiczny klucz SysRq
  • kgdb/kdb
  • JTAG

Śledzenie

• gcov
• lcov
• oprofile
• ftrace
  • nop tracer
  • function tracer
  • sched switch tracer
  • śledzenie wykresu funkcji
  • dynamiczny tracer
• trace-cmd/kernelshark
• perf
• LTTng

Przerwania

• przerwania a odpytywanie
• przerwanie
• sekcje programu
• reentrancy
• zdarzenia
• program obsługi przerwań
• współdzielony program obsługi przerwań
• przepływ przerwań
• kontrola przerwań

Odraczanie pracy

• górna/dolna połowa
• softirqs
• tasklety
• kolejki robocze
• przerwania gwintowane

Współbieżność

• region/sekcja krytyczna
• atomowy
• warunek wyścigu
• synchronizacja
• blokowanie
• rozwiązania blokujące
• impas
• rywalizacja
• Co blokować?
• czego można użyć?
  • operacje atomowe
  • blokady spinowe
  • blokady typu czytelnik-zapisujący
  • semafor
  • semafor binarny
  • muteks
  • semafor czytający-zapisujący
  • zmienne uzupełniające
  • blokady sekwencyjne
  • wyłączanie wywłaszczania
  • porządkowanie i bariery

Czas

• HZ
• Jiffies
• duże/małe opóźnienia
• timery jądra

Sprzętowe wejścia/wyjścia

• Porty wejścia/wyjścia
• Pamięć I/O
• Jak radzić sobie z efektami ubocznymi dostępu do rejestrów?

User-Kernel Communication

• put(get)_user()
• copy to(from)_user()
• I/O jądra
• mapowanie pamięci
• procfs
• sysfs
• debugfs
• relayfs
• netlink
• ioctl

Przenośność

• rozmiar słowa
• nieprzezroczyste typy
• znak podpisany/niepodpisany
• wyrównanie danych
• promocja całek
• ponowne użycie kodu
• endianess
• tik systemowy
• rozmiar strony
• porządkowanie instrukcji
• SMP/preemption/wysoka pamięć

O ile nie zaznaczono inaczej, treść i niniejszy zarys kursu są objęte licencją Attribution-NonCommercial-ShareAlike 4.0 International (CC BY-NC-SA 4.0).