Introduction

Types de pilote

Sous Linux pour accéder aux ressources matérielles, il est impératif de développer un pilote de périphérique (device driver)

Linux distingue deux types principaux de pilotes de périphériques

Pilotes orientés caractère (char device driver), visible sous /dev
- Accès séquentiel des données (octet par octet)
- Accès à des périphériques simples (port série, …)
Pilotes orientés bloc (block device driver), visible sous /dev
- Accès aléatoire des données (par bloc)
- Accès aux disques

Cette liste peut être complétée par deux types supplémentaires

Pilotes réseau (network device driver), visible avec ifconfig
- Accès aux interfaces réseau (Ethernet, …)
- Accès aux piles de protocoles
Pilotes orientés mémoire (uio device driver)
- Accès aux périphériques très simples avec accès aux registres mémoires (memory mapped devices)
- Accès depuis l’espace utilisateur (uio = user space I/O)

Device Model

Le Device Model proposé par le noyau Linux permet de maximaliser la réutilisation du code entre les différentes architectures et plateformes hardware

3 structures importantes :

struct device : périphérique dans le système et généralement associé à un bus. Il est découvert de différentes manières (hot-plug, pilote de périphérique (driver), initialisation)
struct device_driver : entité logicielle associée au périphérique et permettant d’effectuer des opérations sur ce dernier
struct bus_type : canal de communication entre le microprocesseur et le périphérique d’entrée/sortie (quelques bus: I2C, SPI, USB, PCI,…)

Interface utilisateur

L’accès aux pilotes de périphériques se fait par l’intermédiaire de fichiers virtuels.

Espace utilisateur

Le fichier, situé dans le répertoire /dev, permet d’interagir avec le pilote chargé dans le noyau Linux à l’aide des opérations standard sur les fichiers

Espace noyau

Pour connaître, le pilote en charge de traiter les requêtes de l’application en espace utilisateur, le noyau utilise un numéro de périphérique (device number) associé au nom du fichier. Celui-ci est composé d’un numéro majeur associé au pilote (le code) et d’un numéro mineur associé au périphérique (instance du pilote)
Pour chaque opération en espace utilisateur, le pilote de périphérique implémente une méthode correspondante (handler) dans le noyau

Répertoire des pilotes de périphériques

Tous les pilotes orientés caractère ou bloc sont accessibles pour les utilisateurs par l’intermédiaire de fichiers virtuels situés dans le répertoire /dev

$ ls -l /dev
brw------- 1 root root 179, 33 Jan 1 00:00 mmcblk0p1
brw------- 1 root root 179, 34 Jan 1 00:00 mmcblk0p2
crw------- 1 root root 10, 61 Jan 1 00:00 network_latency
crw------- 1 root root 10, 60 Jan 1 00:00 network_throughput
crw-rw-rw- 1 root root 1, 3 Jan 1 00:00 null
crw-rw-rw- 1 root root 5, 2 Jan 1 00:00 ptmx

Les fanions b et c indiquent le type de pilote (b → block, c → character)
1, 5, 10 et 179 sont les major numbers
Les numéros majeurs permettent d’identifier les différentes pilotes de périphériques à l’intérieur du noyau Linux (le code)
2, 3, 33, 34, 60 et 61 sont les minor numbers
Les numéros mineurs représentent une instance d’un pilote correspondant à un périphérique donné (les données)

Interfaces de configuration et de gestion

Afin de pouvoir effectuer des opérations de configuration, de gestion et/ou de maintenance sur un périphérique, les pilotes de périphériques nécessitent la mise en œuvre d’une interface supplémentaire

Linux propose 3 interfaces :

ioctl → input/output control
- interface du pilote mis à disposition au niveau du fichier d’accès accessible sous /dev
- utilisée pour la configuration des pilotes de périphériques
procfs → process filesystem
- fichiers d’état (configuration) accessible sous /proc
- utilisée principalement pour la configuration et le monitoring du noyau Linux
sysfs → system filesystem
- fichiers de configuration et de gestion accessible sous /sys
- utilisée principalement pour la configuration et la gestion des modules noyaux et des pilotes de périphériques