리눅스 디바이스 드라이버 프로그래밍(3) - 7segment led 예제 fpga에 적용시켜보기

DE1-SoC

내가 학교 실습시간에 사용한 키트는 DE1-SoC로, microSD카드에 리눅스를 넣어 사용하였다. 

이전 포스팅을 참고하면 이해하는데 조금 도움이 될 것이다.

2019/06/12 - [임베디드 시스템] - 리눅스 디바이스 드라이버 프로그래밍(2) - 모듈 프로그래밍

리눅스 디바이스 드라이버 프로그래밍(2) - 모듈 프로그래밍

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7 segment LED 출력 장치 예제 코드

6개의 7 segment LED 출력장치를 /dev/hex 문자 장치 파일을 통하여 사용할 수 있도록 디바이스 드라이버를 작성해보자. (major number = 240)

write 함수에서는 32비트(실제로는 하위 24비트가 출력됨)을 6개의 7세그먼트 LED에 16진수로 출력한다. (하위 16비트를 4개의 7 segment LED를 위한 32비트 데이터로 변환하고, 상위 8비트를 2개의 7 segment LED를 위한 데이터로 변환한다.)
read 함수에서는 현재 출력된 32비트의 값을 출력한다. 출력 값을 변수에도 저장하고 이 값을 반환한다.

이 예제에서는 open, release 함수에서는 아무 동작도 하지 않기 때문에 바로 return해주는 동작을 한다.

7 segment LED 디바이스 드라이버 내용

아래는 디바이스 드라이버를 생성해 준 코드이다.

//8-2.c
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <asm/io.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/ioport.h>

MODULE_LICENSE("GPS");
MODULE_AUTHOR("Jiyeon Lee");
MODULE_DESCRIPTION("Seven Segment LED");

#define base_lwFPGA 0xFF200000
#define len_lwFPGA 0x200000

#define addr_LED 0
#define addr_HEX0 0x20
#define addr_HEX1 0x30
#define addr_SW   0x40
#define addr_KEY  0x50

#define HEX_DEVMAJOR 240
#define HEX_DEVNAME "HEX"

static void *mem_base;
static void *hex0_addr;   //hex3-hex0
static void *hex1_addr;   //hex5-hex4
static unsigned int data = -1;

static unsigned int mode = 0;
#define NOFILL 4
#define BLINK 8

unsigned int hex0, hex1;
static int turnoff = 0;

int hex_conversion[16] = {
  0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07,
  0x7F, 0x67, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 0x79, 0x71
};

static int hex_open(struct inode *minode, struct file *mfile){return 0;}
static int hex_release(struct inode *minode, struct file *mfile){return 0;}

//write 연산
static ssize_t hex_write(struct file *mfile, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos){
  unsigned int hex_data = 0;
  unsigned int nofill = 0;

  get_user(hex_data, (unsigned int *)buf);

  hex_data = hex_data & 0xFFFFFF;
  data = hex_data;

  if(mode & NOFILL) nofill = 1;

  hex1 = 0;
  hex0 = hex_conversion[hex_data&0xF];

  do{
    hex_data >>= 4;
    if(nofill && hex_data==0) break;
    hex0 |= hex_conversion[hex_data&0xF]<<8;

    hex_data >>=4;
    if(nofill && hex_data==0) break;
    hex0 |= hex_conversion[hex_data&0xF]<<16;

    hex_data >>=4;
    if(nofill && hex_data==0) break;
    hex0 |= hex_conversion[hex_data&0xF]<<24;

    hex_data >>=4;
    if(nofill && hex_data==0) break;
    hex1 |= hex_conversion[hex_data&0xF];

    hex_data >>=4;
    if(nofill && hex_data==0) break;
    hex1 |= hex_conversion[hex_data&0xF]<<8;
  }while(0);

  iowrite32(hex0, hex0_addr);
  iowrite32(hex1, hex1_addr);
  return 4;
}

//read 연산
static ssize_t hex_read(struct file *mfile, const char __user *buf, size_t count, loff_t *f_pos){
  put_user(data, (unsigned int*)buf);
  return 4;
}

static long hex_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg){
  unsigned int newcmd;

  mode = cmd;
  return 0;
}

static struct file_operations hex_fops = {
  .read = hex_read,
  .write = hex_write,
  .open = hex_open,
  .release = hex_release
  .unlocked_ioctl = hex_ioctl,
};

static int __init hex_init(void){
  int res;

  res = register_chrdev(HEX_DEVMAJOR, HEX_DEVNAME, &hex_fops);
  if(res<0){
    printk(KERN_ERR " HEX : failed to register device. \n");
    return res;
  }
  mem_base = ioremap_nocache(base_lwFPGA, len_lwFPGA);
  if(!mem_base){
    printk("Error mapping memory.\n");
    release_mem_region(base_lwFPGA, len_lwFPGA);
    return -EBUSY;
  }

  printk("Device : %s / Major : %d \n\n\n", HEX_DEVNAME, HEX_DEVMAJOR);

  hex0_addr = mem_base + addr_HEX0;
  hex1_addr = mem_base + addr_HEX1;
  return 0;
}

static void __exit hex_exit(void){
  unregister_chrdev(HEX_DEVMAJOR, HEX_DEVNAME);
  printk(" %s unregistered. \n\n", HEX_DEVNAME);

  iowrite32(0, hex0_addr);
  iowrite32(0, hex1_addr);

  iounmap(mem_base);
}

module_init(hex_init);
module_exit(hex_exit);

보면 저번 포스팅에서 한 디바이스 드라이버의 골격을 제대로 갖춘 것을 확인할 수 있다.

그럼 시리얼 통신으로 fpga를 테라텀으로 연결한 곳으로 가서 우리가 짠 디바이스 드라이버를 등록해주자. Makefile을 만든 후 바로 make 명령어를 실행한다. (이전 포스팅 참고)

(가독성 넘 떨어지지만..)

make

이 명령어를 통해 커널 오브젝트 파일(.ko)를 생성해준다.

insmod [파일명.ko]

insmod 명령어는 우리가 만든 디바이스 드라이버의 커널 오브젝트 파일을 loading 하는 명령어이다. 정상적 커널에 적재되었다면 lsmod 명령어로 확인할 수 있다.

lsmod

그 다음에는 mknod 명령어를 통해 디바이스 파일을 생성한다. 

mknod /dev/HEX c 240 0

위 명령어의 뜻은 /dev/HEX라는 디바이스 파일을 생성하는데, 문자 디바이스(c) 형태이고 Major number는 240, Minor number는 0이라는 뜻이다.

chmod ug+w /dev/HEX

모드를 변경해주면 끝!

 

그럼 이제 만든 디바이스 드라이버를 테스트하는 프로그램을 작성해보자.

만든 디바이스 드라이버 테스트하는 프로그램 소스코드

//8-2-test.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

#include <sys/types.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/stat.h>

#define NOFILL 4
#define BLINK 8

int main(void){
  int dev, data, rdata;

  dev = open("/dev/HEX", O_RDWR);
  if(dev<0){
    fprintf(stderr, "Cannot Open LED device.");
    return 1;
  }
  //ioctl - default
  ioctl(dev, 0, NULL);

  //write
  printf("Input HEX7 data (hex) : ");
  scanf("%x", &data);
  write(dev, &data, 4);

  //read
  read(dev, &rdata, 4);
  printf("read data : %x \n", rdata);

  //write - NOFILL
  printf("Input HEX 7 data (hex) for NOFILL : ");
  scanf("%x", &data);
  ioctl(dev, NOFILL, NULL);
  write(dev, &data, 4);

  return 0;
}

dev를 보면 파일 형태로 디바이스 드라이버에 접근한다는 것을 알 수 있다. (문자 디바이스 드라이버의 특징) data 변수는 우리가 입력한 숫자 데이터를 의미하고, rdata는 디바이스 드라이버에서 읽는 데이터를 의미한다.

이렇게 프로그램을 작성해준 후 아래와 같은 명령어를 통해 실행파일을 만들어준다.

#cc -o 8-2-test 8-2-test.c
#./8-2-test

DE1-SoC 보드에서의 실행 결과는 아래와 같다.

입력	DE1-SoC
	맨 처음 5를 입력했을 때의 결과. 7 segment로 5를 출력해준다.
	nofill 상태일때 input한 결과. 앞에 0들이 사라진다.
	위와 마찬가지
	위와 마찬가지