ivshmem-VM間共有メモリ

• BAR0は、サイズが1キロバイトのMSIが使用されない場合のレジスタと割り込みをサポートするMMIOエリアです
• MSIサポートが有効な場合、BAR1はMSI-Xに使用されます。
• 共有メモリオブジェクトにアクセスするためのBAR2。

• ゼロコピーデータアクセス
• 割り込みメカニズム
• ゲスト/ゲストおよびホスト/ゲストの相互作用

目的

• Qemu 2.5.1.1ソースコード（下位バージョンの使用は推奨されません）
• ソースコードlinux-kernel 4.1

• アームクロスツールチェーン
• nairobi-embedded-ゲスト側のivshmem PCIデバイステストソース

例と元のコード

h>> qemu: += -device ivshmem,shm=ivshmem,size=1 g>> # insmod ne_ivshmem_ldd_basic.ko ivshmem 0000:00:0d.0: data_mmio iomap base = 0xc8c00000 ivshmem 0000:00:0d.0: data_mmio_start = 0x60000000 data_mmio_len = 1048576 ivshmem 0000:00:0d.0: regs iomap base = 0xc88ee400, irq = 27 ivshmem 0000:00:0d.0: regs_addr_start = 0x50002400 regs_len = 256 g>> # ./ne_ivshmem_shm_guest_usr -w "TEST STRING" h>> $ xxd -l 16 /dev/shm/ivshmem 0000000: 5445535420535452 494e 4700 0000 0000 TEST STRING..... 

実装

コメント付きの既存の実装の例

シタラam335x

• 標準：プライマリアドレスでレジスタエントリを完全に読み取る
• 設定とクリーニング（メーカー推奨）：対応する接点を出力として設定およびクリアするには、2つの対応するレジスタを使用します。これは割り込み制御にも当てはまります。
  
  

ep9301

Bt848

デバイスをメモリにマークする

Gpioインターフェースのクイックリファレンス

 struct gpio_chip { /*   gpio */ const char *label; /*     */ int (*direction_input)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset); /*   */ int (*get)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset); /*     */ int (*direction_output)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset, int value); /*   */ void (*set)(struct gpio_chip *chip, unsigned offset, int value); /*      ,       -1 */ int base; /*   */ u16 ngpio; }; 

スイッチ出力ステータス

 g>> /sys/class/gpio # echo low > gpio0/direction g>> /sys/class/gpio # cat gpio0/value 0 g>> /sys/class/gpio # echo high > gpio0/direction g>> /sys/class/gpio # cat gpio0/value 1 

動的なintベース割り当てとレガシーARCH_NR_GPIOS

 static struct gpio_desc gpio_desc[ARCH_NR_GPIOS]; 

 #define EP93XX_GPIO_BANK(name, dr, ddr, base_gpio) \ { \ .chip = { \ .label = name, \ .direction_input = ep93xx_gpio_direction_input, \ .direction_output = ep93xx_gpio_direction_output,\ .get = ep93xx_gpio_get, \ .set = ep93xx_gpio_set, \ .dbg_show = ep93xx_gpio_dbg_show, \ .base = base_gpio, \ .ngpio = 8, \ }, \ .data_reg = EP93XX_GPIO_REG(dr), \ .data_dir_reg = EP93XX_GPIO_REG(ddr), \ } static struct ep93xx_gpio_chip ep93xx_gpio_banks[] = { EP93XX_GPIO_BANK("A", 0x00, 0x10, 0), EP93XX_GPIO_BANK("B", 0x04, 0x14, 8), EP93XX_GPIO_BANK("C", 0x08, 0x18, 40), EP93XX_GPIO_BANK("D", 0x0c, 0x1c, 24), EP93XX_GPIO_BANK("E", 0x20, 0x24, 32), EP93XX_GPIO_BANK("F", 0x30, 0x34, 16), EP93XX_GPIO_BANK("G", 0x38, 0x3c, 48), EP93XX_GPIO_BANK("H", 0x40, 0x44, 56), }; 

 /* dynamic allocation of GPIOs, eg on a hotplugged device */ static int gpiochip_find_base(int ngpio); 

ドライバーの次の機能を定義します

 static int virtual_gpio_direction_input(struct gpio_chip *gpio, unsigned nr) { struct virtual_gpio *vg = to_virtual_gpio(gpio); unsigned long flags; u8 outen, data; spin_lock_irqsave(&vg->lock, flags); data = vgread(VIRTUAL_GPIO_DATA); data &= ~(1 << nr); vgwrite(data, VIRTUAL_GPIO_DATA); outen = vgread(VIRTUAL_GPIO_OUT_EN); outen &= ~(1 << nr); vgwrite(outen, VIRTUAL_GPIO_OUT_EN); spin_unlock_irqrestore(&vg->lock, flags); return 0; } 

 static int virtual_gpio_get(struct gpio_chip *gpio, unsigned nr) { struct virtual_gpio *vg = to_virtual_gpio(gpio); unsigned long flags; u8 data; spin_lock_irqsave(&vg->lock, flags); data= vgread(VIRTUAL_GPIO_DATA); spin_unlock_irqrestore(&vg->lock, flags); return !!(data & (1 << nr)); } 

 static int virtual_gpio_direction_output(struct gpio_chip *gpio, unsigned nr, int val) { struct virtual_gpio *vg = to_virtual_gpio(gpio); unsigned long flags; u8 outen, data; spin_lock_irqsave(&vg->lock, flags); outen = vgread(VIRTUAL_GPIO_OUT_EN); outen |= (1 << nr); vgwrite(outen, VIRTUAL_GPIO_OUT_EN); data = vgread(VIRTUAL_GPIO_DATA); if (val) data |= (1 << nr); else data &= ~(1 << nr); vgwrite(data, VIRTUAL_GPIO_DATA); spin_unlock_irqrestore(&vg->lock, flags); return 0; } 

 static void virtual_gpio_set(struct gpio_chip *gpio, unsigned nr, int val) { struct virtual_gpio *vg = to_virtual_gpio(gpio); unsigned long flags; u8 data; spin_lock_irqsave(&vg->lock, flags); data = vgread(VIRTUAL_GPIO_DATA); if (val) data |= (1 << nr); else data &= ~(1 << nr); vgwrite(data, VIRTUAL_GPIO_DATA); spin_unlock_irqrestore(&vg->lock, flags); } 

 static void virtual_gpio_setup(struct virtual_gpio *gpio) { struct gpio_chip *chip = &gpio->chip; chip->label = dev_name(&gpio->pdev->dev); chip->owner = THIS_MODULE; chip->direction_input = virtual_gpio_direction_input; chip->get = virtual_gpio_get; chip->direction_output = virtual_gpio_direction_output; chip->set = virtual_gpio_set; chip->dbg_show = NULL; chip->base = modparam_gpiobase; chip->ngpio = VIRTUAL_GPIO_NR_GPIOS; chip->can_sleep = 0; // gpio never sleeps! } 

 #define vgwrite(dat, adr) iowrite8((dat), vg->data_base_addr+(adr)) #define vgread(adr) ioread8(vg->data_base_addr+(adr)) 

モジュールの動的ロード中にパラメーターとしてgpiobase値を渡す

 static int modparam_gpiobase = -1; /* dynamic */ module_param_named(gpiobase, modparam_gpiobase, int, 0444); MODULE_PARM_DESC(gpiobase, "The GPIO base number. -1 means dynamic, which is the default."); 

モジュールのロードとテスト

 h>> $ rm /dev/shm/ivshmem h>> Adding parameters to qemu launch command line += -device ivshmem,shm=ivshmem,size=1 g>> # ls /sys/class/gpio/ export unexport g>> # insmod virtual_gpio_basic.ko PCI: enabling device 0000:00:0d.0 (0100 -> 0102) ivshmem_gpio 0000:00:0d.0: data_mmio iomap base = 0xc8a00000 ivshmem_gpio 0000:00:0d.0: data_mmio_start = 0x60000000 data_mmio_len = 1048576 ivshmem_gpio 0000:00:0d.0: regs iomap base = 0xc88e6400, irq = 27 ivshmem_gpio 0000:00:0d.0: regs_addr_start = 0x50002400 regs_len = 256 g>> # ls /sys/class/gpio/ export gpiochip248 unexport g>> # cat /sys/class/gpio/gpiochip248/label 0000:00:0d.0 g>> # cat /sys/class/gpio/gpiochip248/base 248 g>> # cat /sys/class/gpio/gpiochip248/ngpio 8 g>> # rmmod virtual_gpio_basic Unregister virtual_gpio device. g>> # insmod virtual_gpio_basic.ko gpiobase=0 g>> # ls /sys/class/gpio/ export gpiochip0 unexport g>> # echo 0 > /sys/class/gpio/export g>> # echo high > /sys/class/gpio/gpio0/direction 

 h>> $ xxd -b -l 2 -c 2 /dev/shm/ivshmem 0000000: 00000001 00000001 .. 

割り込みを追加する

割り込みレジスタマークアップと基本的な割り込み処理

  static irqreturn_t virtual_gpio_interrupt(int irq, void *data) { u32 status; struct virtual_gpio *vg = (struct virtual_gpio *)data; status = readl(vg->regs_base_addr + IntrStatus); if (!status || (status == 0xFFFFFFFF)) return IRQ_NONE; printk(KERN_INFO "VGPIO: interrupt (status = 0x%04x)\n", status); return IRQ_HANDLED; } 

 h>> $ ivshmem-server -v -F -p ivshmem.pid -l 1M #  qemu    h>> $ += -chardev socket,path=/tmp/ivshmem_socket,id=ivshmemid -device ivshmem,chardev=ivshmemid,size=1,msi=off g>> # echo 8 > /proc/sys/kernel/printk g>> # insmod virtual_gpio_basic.ko h>> $ ivshmem-client #   qemu ivshmem    ivshmem-server     id cmd> int 0 0 # :       cmd> help #   : g>> VGPIO: interrupt (status = 0x0001) 

irq_chipとchained_interruptの概念

高レベル割り込みサービスルーチン（ISR） -デバイスドライバーで必要なすべての割り込みサービス作業を実行します。 たとえば、読み取り可能な新しいデータを示すために割り込みが使用される場合、ISRの操作はデータを適切な場所にコピーすることです。

割り込みフロー処理 -このサブシステムは、信号レベル（レベル）またはエッジ（エッジ）によるトリガーなど、割り込み処理の実装機能を担当します。

回線で潜在的な変更が発生したと判断されると、エッジトリガーが発生します。 レベルごとのトリガー（レベルトリガー）は、ポテンシャルの特定の値として定義されますが、ポテンシャルの変化は役割を果たしません。

カーネルの観点からは、各割り込みの開始後にマスクする必要があるため、レベルによるトリガーはより複雑なケースです。

チップレベルのハードウェアカプセル化 - ハードウェアでの作業の実装の機能をカプセル化するために使用されます。 このサブシステムは、割り込みコントローラーの一種の「デバイスドライバー」と見なすことができます。

IRQドメイン

• 線形
• 木の形で
• 「マップなし」と入力します（表示なし）

irq_chipとgpio_chipのバインド

 gpiochip_irqchip_add(&vg->chip, &virtual_gpio_irq_chip, 0, handle_edge_irq, IRQ_TYPE_NONE); 

 gpiochip_set_chained_irqchip(&vg->chip, &virtual_gpio_irq_chip, pdev->irq, NULL); 

 pending = vgread(VIRTUAL_GPIO_INT_ST); /* check if irq is really raised */ if(pending) { for_each_set_bit(i, &pending, VIRTUAL_GPIO_NR_GPIOS) generic_handle_irq(irq_find_mapping(vg->chip.irqdomain, i)); } 

すべてをまとめる

 static struct irq_chip virtual_gpio_irq_chip = { .name = "GPIO", .irq_ack = virtual_gpio_irq_ack, .irq_mask = virtual_gpio_irq_mask, .irq_unmask = virtual_gpio_irq_unmask, .irq_set_type = virtual_gpio_irq_type, }; 

 static void virtual_gpio_irq_ack(struct irq_data *d) { unsigned long flags; u8 nr = d->hwirq; u8 mask = 1 << nr; struct gpio_chip *gc = irq_data_get_irq_chip_data(d); struct virtual_gpio *vg = to_virtual_gpio(gc); spin_lock_irqsave(&vg->lock, flags); vgwrite(mask, VIRTUAL_GPIO_INT_EOI); spin_unlock_irqrestore(&vg->lock, flags); } 

 static void virtual_gpio_irq_mask(struct irq_data *d) { u8 mask; unsigned long flags; u8 nr = d->hwirq; struct gpio_chip *gc = irq_data_get_irq_chip_data(d); struct virtual_gpio *vg = to_virtual_gpio(gc); spin_lock_irqsave(&vg->lock, flags); mask = vgread(VIRTUAL_GPIO_INT_EN); mask &= ~(1 << nr); vgwrite(mask, VIRTUAL_GPIO_INT_EN); spin_unlock_irqrestore(&vg->lock, flags); } 

 static void virtual_gpio_irq_unmask(struct irq_data *d) { u8 mask; unsigned long flags; u8 nr = d->hwirq; struct gpio_chip *gc = irq_data_get_irq_chip_data(d); struct virtual_gpio *vg = to_virtual_gpio(gc); spin_lock_irqsave(&vg->lock, flags); mask = vgread(VIRTUAL_GPIO_INT_EN); mask |= (1 << nr); vgwrite(mask, VIRTUAL_GPIO_INT_EN); spin_unlock_irqrestore(&vg->lock, flags); } 

 static int virtual_gpio_irq_type(struct irq_data *d, unsigned int type) { unsigned long flags; struct gpio_chip *gc = irq_data_get_irq_chip_data(d); struct virtual_gpio *vg = to_virtual_gpio(gc); u8 mask; u8 nr = d->hwirq; spin_lock_irqsave(&vg->lock, flags); switch (type) { case IRQ_TYPE_EDGE_RISING: mask = vgread(VIRTUAL_GPIO_RISING); mask |= (1 << nr); vgwrite(mask, VIRTUAL_GPIO_RISING); mask = vgread(VIRTUAL_GPIO_FALLING); mask &= ~(1 << nr); vgwrite(mask, VIRTUAL_GPIO_FALLING); break; case IRQ_TYPE_EDGE_FALLING: mask = vgread(VIRTUAL_GPIO_FALLING); mask |= (1 << nr); vgwrite(mask, VIRTUAL_GPIO_FALLING); mask = vgread(VIRTUAL_GPIO_RISING); mask &= ~(1 << nr); vgwrite(mask, VIRTUAL_GPIO_RISING); break; default: retval = -EINVAL; goto end; } /* enable interrupt */ mask = vgread(VIRTUAL_GPIO_INT_EN); mask &= ~(1 << nr); vgwrite(mask, VIRTUAL_GPIO_INT_EN); end: spin_unlock_irqrestore(&vg->lock, flags); return retval; } 

テストと結果

  FD_ZERO(&efds); maxfd = 0; for(i = 0; i < gpio_size; i++) { FD_SET(gpios[i].fd, &efds); maxfd = (maxfd < gpios[i].fd) ? gpios[i].fd : maxfd; } ready = pselect(maxfd + 1, NULL, NULL, &efds, NULL, NULL); if(ready > 0) for(i = 0; i < gpio_size; i++) if(FD_ISSET(gpios[i].fd, &efds)) { read(gpios[i].fd, &value, 1); /*    lseek  http://lxr.free-electrons.com/source/fs/kernfs/file.c?v=4.1#L769 */ if(lseek(gpios[i].fd, 0, SEEK_SET) == -1) perror("lseek"); printf("gpio number=%d interrupt caught\n", gpios[i].number); } 

 g>> # echo 504 > /sys/class/gpio/export g>> # echo 505 > /sys/class/gpio/export g>> # echo 506 > /sys/class/gpio/export g>> # echo rising > /sys/class/gpio/gpio504/edge g>> # echo rising > /sys/class/gpio/gpio505/edge g>> # echo rising > /sys/class/gpio/gpio506/edge 

 #      gpiochip   g>> # ./vg_guest_client 504 gpio_chip: base: 504 ngpio: 8 Added gpio 504 to watchlist. Added gpio 505 to watchlist. Added gpio 506 to watchlist. Entering loop with 3 gpios. h>> $ ./vg_get_set -p 1 -i 0 g>> gpio number=504 interrupt caught 

 static irqreturn_t virtual_gpio_interrupt (int irq, void *data) int generic_handle_irq(unsigned int irq); ... static irqreturn_t gpio_sysfs_irq(int irq, void *priv); static inline void sysfs_notify_dirent(struct kernfs_node *kn); void kernfs_notify(struct kernfs_node *kn); static void kernfs_notify_workfn(struct work_struct *work); 

おわりに

• デバイスツリーサブシステムとの統合および割り込みソースとしての使用
• 汎用GPIOドライバーを使用して、mmio GPIOドライバーの開発を簡素化する
• ADC上のGPIOなどの非定型デバイスに基づく実装
• gpioに基づく特別なドライバー-ボタン、ダイオード、電源、リセット

1. http://nairobi-embedded.org/category/device-drivers.html [Suga Mugabi]
2. http://lxr.free-electrons.com/source
3. プロフェッショナルLinuxカーネルアーキテクチャ[Wolfgang Mauerer]
4. LDD3 [ジョナサン・コーベット、アレッサンドロ・ルビニ、グレッグ・クローア・ハートマン]

1. http://derekmolloy.ie/writing-a-linux-kernel-module-part-1-introduction/（3つの部分すべて）
2. https://developer.ridgerun.com/wiki/index.php?title=Gpio-int-test.c
3. http://www.assert.cc/2015/01/03/selects-exceptional-conditions.html