PDF de programación - PlatTR_Bloque2_04_drivers_marte

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Master en Computación

Plataformas de Tiempo Real

Bloque II: Manejadores de dispositivos y drivers

Tema 1. Arquitectura de E/S
Tema 2. Programación básica de E/S en Linux
Tema 3. Programación avanzada de E/S en Linux

Tema 4. Programación de E/S en MaRTE OS

Tema 5.
Tema 6. Buses

Interfaces de E/S de datos

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Tema 4. Programación de E/S en MaRTE OS

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Tema 4. Programación de E/S en MaRTE OS
4.1. Relación entre el computador y su entorno
4.2. Modelos de drivers en MaRTE OS
4.3. Drivers en MaRTE OS: Aspectos generales
4.4. Drivers y sistema de ficheros en MaRTE OS
4.5. Creación e instalación de un driver C
4.6. Operaciones disponibles para drivers
4.7. Ejemplo de un driver C: demo_driver_c.c

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4.1 Relación entre el computador y su entorno

4.1 Relación entre el computador y su entorno

Reloj

Temporizador

Controlador

de interrupciones

Computador

Dispositivos

de E/S

Controla o
monitoriza

Planta

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Tema 4. Programación de E/S en MaRTE OS

4.1 Relación entre el computador y su entorno
Relación entre el computador y su entorno (cont.)

Los dispositivos de entrada/salida ponen en contacto al
computador con su entorno

Una parte fundamental del software de un sistema empotrado será
el código encargado de controlar los dispositivos de E/S

• el código encargado de controlar un dispositivo se denomina

manejador de dispositivo (o "driver")

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4.1 Relación entre el computador y su entorno

Acceso al hardware
En un PC los mapas de memoria y de E/S son independientes
• instrucciones ensamblador
diferentes para acceder a la
memoria (MOV, XCHG, etc.) o a
los registros de E/S (IN, OUT,
etc.)
• la línea MEM/IO del bus de
control selecciona el mapa

Mapa de Memoria

Memoria RAM

Memoria RAM

UMA

(384 Kb)

$0020

$0023

$0000

$000F

$0040

$0043

$0a0000

$100000

$000000

Mapa de E/S

Controlador

de DMA

Timer

(640 Kb)

(2 Mb)

Controlador de
Interrupciones

$300000

$FFFFFFFF

No utilizado

$FFFF

Los registros de los dispositivos pueden encontrarse tanto
mapeados en memoria como en el mapa de E/S

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4.1 Relación entre el computador y su entorno

Acceso al hardware (cont.)
El acceso a un registro mapeado en memoria se realiza utilizando
un puntero que apunte a la dirección de memoria deseada

// registro en la dirección de memoria 0xFE000100
char *punt_reg = (char *)0xFE000100;
*punt_reg = 0x2A; // escribe 0x2A en el registro

El acceso a los registros de un dispositivo en el mapa de E/S se
consigue con las funciones definidas en <sys/pio.h>

// lee un byte de la direc. de E/S indicada por port
char inb(unsigned short port)
// escribe un byte en la direc. indicada por port
outb(unsigned short port, char val)

• también hay funciones leer y escribir 2 bytes (inw, outw) y 4
bytes (inl, outl)

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Tema 4. Programación de E/S en MaRTE OS

Ejemplo de dispositivo en E/S: puerto paralelo
Mapa de E/S

4.1 Relación entre el computador y su entorno

Dirección de E/S
puerto1/puerto2

Registro

Modo

$378/$278
$378/$278
$379/$279

$37A/$27A

$37A/$27A

Entrada de Datos
Salida de Datos
Lee valor líneas
auxiliares de entrada
Lee configuración y líneas
auxiliares de salida
Establece configuración y
valor de líneas auxiliares
de salida

Lect.
Esc.
Lect.

Lect.

Esc.



2
o
e

l

l



a
r
a
p
o
t
r
e
u
P



1
o
e

l

l



a
r
a
p
o
t
r
e
u
P

$276
$277
$278
$279
$27A
$27B
$27C
$27D

$376
$377
$378
$379
$37A
$37B
$37C
$37D

Entrada/Salida

Lee líneas entrada
Lee/escribe config.

Entrada/Salida

Lee líneas entrada
Lee/escribe config.

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4.1 Relación entre el computador y su entorno

Puerto paralelo: Registro de configuración
Permite leer y escribir el estado de las 4 líneas auxiliares de salida
También permite configurar el funcionamiento de la puerta:
• puerta de salida (Output=>0) o de entrada (Output=>1)
• interrupción habilitada (IRQ enable=>1)

X

X

Output

IRQ Select
enable

Init

Auto Strobe

Ejemplo: habilita las interrupciones del puerto paralelo 1, dejando
los demás bits del registro de control como estaban:

char valor_anterior = inb(0x37A);
outb(0x37A, 0x10 | valor_anterior);

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4.2 Modelos de drivers en MaRTE OS

4.2 Modelos de drivers en MaRTE OS
Existen dos modelos fundamentales de integración de los drivers
con el sistema operativo y el resto de la aplicación:
• El dispositivo se mapea como un fichero (p.e. /dev/lpt0)
• se accede a él mediante las funciones de acceso a ficheros
(open(), write(), read(), ...) y la función ioctl()
- el driver implementa esas funciones

• estrategia habitual en sistemas tipo UNIX
• El driver se implementa como una librería de funciones
específicas:
• lee_canal_AD(), configura_puerto_serie(), ...
MaRTE OS permite ambas estrategias

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Tema 4. Programación de E/S en MaRTE OS

4.2 Modelos de drivers en MaRTE OS

Ventajas e inconvenientes de los modelos
• Dispositivo mapeado como un fichero:

 Interfaz estándar de llamadas al sistema (open(), write(),
read(), close(), ioctl())
 Facilita (hasta cierto punto) el intercambio de un dispositivo
por otro sin modificar la aplicación
 Poca flexibilidad en las llamadas, se acaba abusando de
ioctl()

• Librería de funciones específicas

 Interfaz flexible y fácil de utilizar
 No estándar

En este curso nos centraremos en el modelo basado en
dispositivos mapeados como ficheros

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Tema 4. Programación de E/S en MaRTE OS

4.3 Drivers en MaRTE OS: Aspectos generales

4.3 Drivers en MaRTE OS: Aspectos generales
Tipos de dispositivos

• sólo existen los dispositivos de caracteres

Identificación de drivers

• Números mayores y menores con un significado similar al que

tienen en Linux

Instalación de los drivers

• Instalación estática a través de la modificación de la tabla de

dispositivos

• Requiere la recompilación del kernel

Los drivers se pueden escribir tanto en Ada como en C

• si se escriben en C necesitan un envoltorio Ada

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4.3 Drivers en MaRTE OS: Aspectos generales
Drivers en MaRTE OS: Aspectos generales (cont.)

Los drivers pueden usar todas las funciones POSIX

• threads, mutexes, variables condicionales, temporizadores,

semáforos, ...

• excepto en las rutinas de servicio de interrupción, donde no se

pueden usar operaciones bloqueantes
- esto incluye escribir en otros drivers (p.e., no usar la entrada/
salida estándar)
- alternativamente existe una operación printc para escribir
en consola directamente

El código de cada driver debe ir localizado en un subdirectorio de
• marte/x86_arch/drivers/

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Tema 4. Programación de E/S en MaRTE OS

Puntos de entrada de los drivers
Puntos de entrada de los drivers

• create/remove

4.3 Drivers en MaRTE OS: Aspectos generales

funciones de instalación/desinstalación del driver, externas al
sistema de archivos
- Linux: suplen las operaciones de instalación y desinstalación

de módulos

• open/close y read/write

funciones de entrada/salida básicas de POSIX

• ioctl

función que permite transmitir un comando al dispositivo

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Tema 4. Programación de E/S en MaRTE OS

4.3 Drivers en MaRTE OS: Aspectos generales

Ejemplo: puntos de entrada del driver my_drv
int my_drv_create (void);
int my_drv_remove (void);
int my_drv_open (int file_descriptor,
int file_access_mode);
int my_drv_close (int file_descriptor);
ssize_t my_drv_read (int file_descriptor,
void *buffer,
size_t bytes);
ssize_t my_drv_write (int file_descriptor,
void *buffer,
size_t bytes);
int my_drv_ioctl (int file_descriptor,
int request,
void *argp);

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Tema 4. Programación de E/S en MaRTE OS

4.4 Drivers y sistema de ficheros en MaRTE OS

4.4 Drivers y sistema de ficheros en MaRTE OS
El sistema de ficheros en MaRTE OS utiliza tres tablas:
• Tabla de drivers (editada por el usuario):

- Vincula cada driver (número mayor) con las funciones que

constituyen sus puntos de entrada

• Tabla de ficheros de dispositivo (editada por el usuario):

- Define los ficheros de dispositivo existentes (sus nombres)
- Vincula cada fichero de dispositivo con el número mayor de

su driver

- Asocia el número menor de los ficheros de dispositivo

• Tabla de descriptores de fichero (gestionada por MaRTE OS):

- Mantiene los descriptores de fichero correspondientes a los

dispositivos abiertos en cada momento por la aplicación

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Tema 4. Programación de E/S en MaRTE OS

Tabla de drivers
Definición de los drivers:

4.4 Drivers y sistema de ficheros en MaRTE OS

• Vincula cada driver (número mayor) con las