PDF de programación - Periféricos Interfaces y Buses - II. Programación de E/S Aspectos básicos de la programación de E/S

Periféricos Interfaces y Buses

UNIVERSIDAD
DE CANTABRIA

I. Arquitectura de E/S
II. Programación de E/S

Aspectos básicos de la programación de E/S. Arquitectura y
programación de la E/S en el sistema operativo. Manejadores de
dispositivos (drivers) y su programación (interrupciones).

III. Interfaces de E/S de datos
IV. Dispositivos de E/S de datos
V. Buses
VI. Controladores e interfaces de dispositivos de almacenamiento
VII. Sistemas de almacenamiento

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II. Programación de E/S

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Bloque III
• Drivers en MaRTE OS

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Nociones básicas de Marte OS

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Se pueden hacer aplicaciones en Ada y C

En la instalación se elige un directorio export donde se va a
colocar el ejecutable del target para que sea cargado, por ejemplo
por etherboot:
• en el servidor en /etc/dhcpd.conf se encuentran la MAC e IP del

host y del target, el nombre del fichero y su path

Suponemos que el directorio de instalación es /marte
• aquí se encuentran los fuentes y algunas utilidades de

compilación

En /marte/utils se encuentra el fichero globals.pl en el que hay
parámetros de configuración creados al instalar MaRTE

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Nociones básicas de Marte OS (cont.)

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En /marte/utils se encuentran algunas utilidades de
compilación:
• mkdrivers: compila sólo los drivers
• mkmarte: compila el Kernel de MaRTE salvo el runtime
• mkrtsmarteuc: compila el runtime de MaRTE para la plataforma

seleccionada

• mgcc: compila el programa de aplicación C y crea el ejecutable
• mgnatmake: compila el programa de aplicación en Ada y crea el

ejecutable

Los ejecutables se tienen que llevar al directorio export en el que
el target espera encontrar el fichero para cargarlo

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Drivers en MaRTE OS

Tipos de drivers
• sólo existen los drivers de caracteres

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Identificación de ficheros de dispositivo
• números mayores y números menores asignados en una tabla

de dispositivos (cualquier variación en esta tabla exige la
recompilación del kernel)

Instalación de los drivers
• instalación estática a través de la correspondiente modificación

de la tabla de dispositivos

Los drivers se pueden escribir tanto en Ada como en C

- si se escriben en C necesitan un envoltorio Ada

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Drivers en MaRTE OS (cont.)

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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

- alternativamente existe una operación printc para escribir en

estándar)

consola directamente

Cada driver debe ir localizado en un subdirectorio de
• marte/x86_arch/drivers/

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Identificación de drivers

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La identificación de los drivers se hace con los números mayores
y menores con un significado similar al que hemos visto para
Linux

La implementación se realiza mediante tres tablas:
• Tabla de descriptores de fichero: permite el acceso al

dispositivo desde las aplicaciones

• Tabla de ficheros de dispositivo: contiene la información de

dispositivo instalado (asocia el número mayor y menor)

• Tabla de drivers: cada driver es identificado por el número

mayor y contiene toda la funcionalidad del driver

Las dos últimas permiten la instalación de driver y dispositivos

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Tabla de descriptores de ficheros

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Esta tabla es gestionada automáticamente por el sistema

Table 1: The_FD_Table

File descriptor

File_Open_Status
File_Access_Mode

Device_File_Assigned
Device_File_Number

Specific_Data

Integer

?

Read_Write

?

?
4
?

?
0
?

0
3

Configuration_parameters.

Open_Files_Mx-1

Se crea una entrada
en cada open

Fd_Used
Boolean
False
True
False

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Tabla de ficheros de dispositivos

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Esta tabla es configurada por el usuario

Device_File_

Number

1
4

Configuration_parameters.

Device_Files_Mx

Table 2: The_Device_Files_Table

File_Name

Path

?

test_driver1

?

Major_
Number
Major

Minor_
Number

Minor

Device_Used

Boolean

1
5
1

1
1
1

False
True
False

Linux: cada entrada es
equivalente a un mknod

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Tabla de drivers

Esta tabla es configurada por el usuario

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Table 3: The_Driver_Table

Create
Create_

Procedure_Ac

Remove
Remove_
Procedure_Ac

Open
Open_

Procedure_Ac

Close
Close_

Procedure_Ac

Read
Read_

Procedure_Ac

Write
Write_

Procedure_Ac

Ioctl
Ioctl_

Procedure_Ac

null
test_
create

null
test_
remove

null

null
test_
open
null

null
test_
close
null

null
test_
read
null

null
test_
write
null

null
test_
ioctl
null

Major

1
5

Configuration_
Parameters.
Devices_Mx
• Linux: es equivalente al uso de register_chrdev_region,

null

cdev_alloc y cdev_add

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Puntos de entrada de los drivers

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Puntos de entrada de los drivers
• create/remove

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

módulos

• open/close y read/write

funciones de entrada/salida básicas de POSIX gestionadas
internamente por el sistema de archivos

• ioctl

función que permite transmitir una orden al dispositivo

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API de los puntos de entrada (C)

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int my_driver_create (void);

int my_driver_remove (void);

int my_driver_open (int file_descriptor, int file_access_mode);

int my_driver_close (int file_descriptor);

ssize_t my_driver_read (int file_descriptor, void *buffer,
size_t bytes);

ssize_t my_driver_write (int file_descriptor, void *buffer,
size_t bytes);

int my_driver_ioctl (int file_descriptor, int request,
void *argp);

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Creación de un driver C

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Incluso para drivers C hay que escribir una especificación Ada
• puede usarse como plantilla el fichero

drivers/demo_driver_c/demo_driver_c_import.ads

Además, hay que crear un GNUmakefile
• mkdrivers ejecutará make en el directorio del driver
• después mkdrivers copiará en lib/libdrivers.o los objetos de

los directorios de los drivers

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Ficheros implicados en la instalación
de un driver

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/marte/x86_arch/arch_dependent_files/marte-kernel-
devices_table.ads

- registra todas las funciones de los drivers
- es un fichero único para todos los drivers

/marte/x86_arch/arch_dependent_files/marte-
configuration_parameters.ads

- parámetros de configuración del kernel
- se pueden configurar entre otras cosas algunos parámetros
correspondientes a los drivers, como los rangos de números
mayores y menores

/marte/x86_arch/drivers/my_driver/*

-

ficheros con el código de mi driver en el subdirectorio my_driver

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Instalación de un driver

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El fichero marte-kernel-devices_table.ads tiene dos tablas:
• The_Driver_Table: drivers incluidos en el sistema

- esta tabla asocia números mayores a los drivers y contiene los

puntos de entrada

• The_Device_Files_Table: registra los dispositivos y asocia el

driver que los controla

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Instalación de un driver (cont.)

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Para incluir un nuevo driver:
• Añadir una entrada a The_Driver_Table, eligiendo un número

mayor no usado

• Añadir uno o varios ficheros de dispositivos (uno por número

menor) a The_Device_Files_Table
- el nombre es un string cualquiera (se puede usar el prefijo /dev por

analogía con Linux)

- elegir como número mayor el asociado al driver
- el número menor es cualquiera; se usará para identificar unidades

de manera definida por el driver

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Ejemplo de fichero de
marte-kernel-devices_table.ads

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-- Typical standard devices(std input,output,error)
with Keyboard_Functions; -- standard input
with Text_And_Serial_Console_Import; -- std output,error

-- User's drivers "withs" (add with{your_driver}')
with Demo_Driver_C_Import;

-- MaRTE OS "withs" (Do not edit)
with Marte.Kernel.File_System_Data_Types;
use Marte.Kernel.File_System_Data_Types;

package Marte.Kernel.De