Weckyy702/uc-ausarbeitung-linux-treiber
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GNU LESSER GENERAL PUBLIC LICENSE
Version 3, 29 June 2007
Copyright (C) 2007 Free Software Foundation, Inc. <https://fsf.org/>
Everyone is permitted to copy and distribute verbatim copies
of this license document, but changing it is not allowed.
This version of the GNU Lesser General Public License incorporates
the terms and conditions of version 3 of the GNU General Public
License, supplemented by the additional permissions listed below.
0. Additional Definitions.
As used herein, "this License" refers to version 3 of the GNU Lesser
General Public License, and the "GNU GPL" refers to version 3 of the GNU
General Public License.
"The Library" refers to a covered work governed by this License,
other than an Application or a Combined Work as defined below.
An "Application" is any work that makes use of an interface provided
by the Library, but which is not otherwise based on the Library.
Defining a subclass of a class defined by the Library is deemed a mode
of using an interface provided by the Library.
A "Combined Work" is a work produced by combining or linking an
Application with the Library. The particular version of the Library
with which the Combined Work was made is also called the "Linked
Version".
The "Minimal Corresponding Source" for a Combined Work means the
Corresponding Source for the Combined Work, excluding any source code
for portions of the Combined Work that, considered in isolation, are
based on the Application, and not on the Linked Version.
The "Corresponding Application Code" for a Combined Work means the
object code and/or source code for the Application, including any data
and utility programs needed for reproducing the Combined Work from the
Application, but excluding the System Libraries of the Combined Work.
1. Exception to Section 3 of the GNU GPL.
You may convey a covered work under sections 3 and 4 of this License
without being bound by section 3 of the GNU GPL.
2. Conveying Modified Versions.
If you modify a copy of the Library, and, in your modifications, a
facility refers to a function or data to be supplied by an Application
that uses the facility (other than as an argument passed when the
facility is invoked), then you may convey a copy of the modified
version:
a) under this License, provided that you make a good faith effort to
ensure that, in the event an Application does not supply the
function or data, the facility still operates, and performs
whatever part of its purpose remains meaningful, or
b) under the GNU GPL, with none of the additional permissions of
this License applicable to that copy.
3. Object Code Incorporating Material from Library Header Files.
The object code form of an Application may incorporate material from
a header file that is part of the Library. You may convey such object
code under terms of your choice, provided that, if the incorporated
material is not limited to numerical parameters, data structure
layouts and accessors, or small macros, inline functions and templates
(ten or fewer lines in length), you do both of the following:
a) Give prominent notice with each copy of the object code that the
Library is used in it and that the Library and its use are
covered by this License.
b) Accompany the object code with a copy of the GNU GPL and this license
document.
4. Combined Works.
You may convey a Combined Work under terms of your choice that,
taken together, effectively do not restrict modification of the
portions of the Library contained in the Combined Work and reverse
engineering for debugging such modifications, if you also do each of
the following:
a) Give prominent notice with each copy of the Combined Work that
the Library is used in it and that the Library and its use are
covered by this License.
b) Accompany the Combined Work with a copy of the GNU GPL and this license
document.
c) For a Combined Work that displays copyright notices during
execution, include the copyright notice for the Library among
these notices, as well as a reference directing the user to the
copies of the GNU GPL and this license document.
d) Do one of the following:
0) Convey the Minimal Corresponding Source under the terms of this
License, and the Corresponding Application Code in a form
suitable for, and under terms that permit, the user to
recombine or relink the Application with a modified version of
the Linked Version to produce a modified Combined Work, in the
manner specified by section 6 of the GNU GPL for conveying
Corresponding Source.
1) Use a suitable shared library mechanism for linking with the
Library. A suitable mechanism is one that (a) uses at run time
a copy of the Library already present on the user's computer
system, and (b) will operate properly with a modified version
of the Library that is interface-compatible with the Linked
Version.
e) Provide Installation Information, but only if you would otherwise
be required to provide such information under section 6 of the
GNU GPL, and only to the extent that such information is
necessary to install and execute a modified version of the
Combined Work produced by recombining or relinking the
Application with a modified version of the Linked Version. (If
you use option 4d0, the Installation Information must accompany
the Minimal Corresponding Source and Corresponding Application
Code. If you use option 4d1, you must provide the Installation
Information in the manner specified by section 6 of the GNU GPL
for conveying Corresponding Source.)
5. Combined Libraries.
You may place library facilities that are a work based on the
Library side by side in a single library together with other library
facilities that are not Applications and are not covered by this
License, and convey such a combined library under terms of your
choice, if you do both of the following:
a) Accompany the combined library with a copy of the same work based
on the Library, uncombined with any other library facilities,
conveyed under the terms of this License.
b) Give prominent notice with the combined library that part of it
is a work based on the Library, and explaining where to find the
accompanying uncombined form of the same work.
6. Revised Versions of the GNU Lesser General Public License.
The Free Software Foundation may publish revised and/or new versions
of the GNU Lesser General Public License from time to time. Such new
versions will be similar in spirit to the present version, but may
differ in detail to address new problems or concerns.
Each version is given a distinguishing version number. If the
Library as you received it specifies that a certain numbered version
of the GNU Lesser General Public License "or any later version"
applies to it, you have the option of following the terms and
conditions either of that published version or of any later version
published by the Free Software Foundation. If the Library as you
received it does not specify a version number of the GNU Lesser
General Public License, you may choose any version of the GNU Lesser
General Public License ever published by the Free Software Foundation.
If the Library as you received it specifies that a proxy can decide
whether future versions of the GNU Lesser General Public License shall
apply, that proxy's public statement of acceptance of any version is
permanent authorization for you to choose that version for the
Library.

318
i2c-scheduler-rr.excalidraw
View File

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Der Quelltext dieser Arbeit sowie Beispielcode und das vollständige Quellenverzeichnis sind unter #link-text([https://git.veltko.de/Weckyy702/uc-ausarbeitung-linux-treiber]) mit der GPL lizensiert aufzufinden.
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= Einleitung = Einleitung
Damit Computersysteme mit der Umwelt interagieren können, muss mit externen Sensoren und Aktoren kommuniziert werden. Damit Computersysteme mit ihrer Umwelt interagieren können, ist die Kommunikation mit externen Sensoren und Aktoren erforderlich.
Eine der Aufgaben eines Betriebssystems ist es, gemeinsame Schnittstellen für verschiedene Geräte darzustellen; Unter Linux werden dafür sogenannte _device files_ verwendet, so dass über klassische Dateioperationen auf diese Geräte zugegriffen werden kann. Eine der Aufgaben eines Betriebssystems besteht darin, gemeinsame Schnittstellen für verschiedene Geräte bereitzustellen@os-tasks. Unter Linux werden hierfür sogenannte _device files_@device-files verwendet, die den Zugriff auf diese Geräte über klassische Dateioperationen ermöglichen.
== Gerätezugriff per Dateisystem == Gerätezugriff per Dateisystem
Nach der UNIX-Philosophie #quote("Everything is a file") melden Gerätetreiber spezielle Dateien im virtuellen Dateisystem an (in der Regel im Verzeichnis `/dev` oder `/sys`). Nach der UNIX-Philosophie #quote("Everything is a file")@everythings-a-file melden Gerätetreiber spezielle Dateien im virtuellen Dateisystem an (in der Regel im Verzeichnis `/dev` oder `/sys`).
Wird auf dieser Datei zum Beispiel `write()` aufgerufen, so wird mit den geschriebenen Daten eine Funktion im Kerneltreiber aufgerufen, der sie dann an das physische Gerät weitergibt. Wird auf einer solchen Datei ein Systemaufruf wie `write()` ausgeführt, so wird eine Funktion im Kerneltreiber aufgerufen, die die 'geschriebenen' Daten an das physische Gerät weiterleitet.
=== Device-Dateien === Device-Dateien
Folgender Beispielcode zeigt die Kommunikation mit einem BME280-Sensor mithilfe des Userspace I²C-Treibers auf einem Raspberry Pi: Folgender Beispielcode@i2c-example zeigt die Kommunikation mit einem BME280-Sensor mithilfe des Userspace I²C-Treibers auf einem Raspberry Pi:
```c ```c
int main() { int main() {
// Öffne die Device-Datei // Öffne die Device-Datei
int driver = open("/dev/i2c-1"); // (1) int driver = open("/dev/i2c-1"); // (1)
// Setze die Slave-Addresse, die für die nachfolgenden Transaktionen verwendet wird // Setze die Slave-Adresse für nachfolgende Transaktionen
ioctl(driver, I2C_SLAVE, 0x76); // (2) ioctl(driver, I2C_SLAVE, 0x76); // (2)
// Schreibe die Addresse für das ID-Register // Schreibe die Adresse für das ID-Register
uint8_t const write_buf[] = {0xd0}; uint8_t const write_buf[] = {0xd0};
write(driver, write_buf, sizeof(write_buf)); // (3) write(driver, write_buf, sizeof(write_buf)); // (3)
@@ -49,17 +51,19 @@ int main() {
``` ```
Der Beispielcode zeigt die vier typischen Datei-Operationen bei der Arbeit mit Device-Dateien: Der Beispielcode zeigt die vier typischen Datei-Operationen bei der Arbeit mit Device-Dateien:
1. Wie jede Datei muss auch die Device-Datei geöffnet werden. Der Treiber setzt die notwendigen Buchhaltungsstrukturen für eine weitere Anwendung auf. 1. Wie jede andere Datei muss die Device-Datei geöffnet werden. Der Treiber richtet dabei die notwendigen Verwaltungsstrukturen für die weitere Nutzung durch die Anwendung ein.
2. Der `ioctl`-Syscall wird verwendet, um Treibereinstellungen zu ändern oder Operationen auszuführen, die nicht mit `read` oder `write` dargestellt werden können. Die Flags und Parameter für `ioctl` sind treiberabhängig. 2. Der `ioctl`-Systemaufruf dient dazu, Treibereinstellungen zu ändern oder Operationen auszuführen, die nicht über `read` oder `write` abgebildet werden können. Die Flags und Parameter für `ioctl` sind treiberabhängig.
3. Der `write`-Syscall sendet eine schreibende Transaktion auf den I²C-Bus. In der Regel wird `write` verwendet, um Daten auf Busse zu schreiben oder Ausgänge zu schalten. 3. Der `write`-Systemaufruf sendet eine schreibende Transaktion auf den I²C-Bus. In der Regel wird `write` verwendet, um Daten auf Busse zu schreiben oder Ausgänge zu schalten.
4. `read` führt eine lesende Transaktion auf dem I²C-Bus aus. `read` wird typischerweise verwendet, um Gerätedaten auszulesen oder von Bussen zu empfangen. 4. `read` führt eine lesende Transaktion auf dem I²C-Bus aus. `read` wird typischerweise verwendet, um Gerätedaten auszulesen oder von Bussen zu empfangen.
Typischerweise stellt der Kernel eine Begleitbibliothek wie `libi2c` für I²C-Operationen bereit, um versionsabhängige Unterschiede zu abstrahieren. Diese Bibliotheken werden hier nicht näher beschrieben, stellen jedoch die empfohlene Schnittstelle dar.
=== Zugriff über Sysfs === Zugriff über Sysfs
Einige Gerätetreiber registrieren keine Dateien in `/dev`, sondern werden über Dateien im virtuellen Dateisystem unter `/sys` kontrolliert. Einige Gerätetreiber registrieren keine Dateien in `/dev`, sondern werden über Dateien im virtuellen Dateisystem unter `/sys` kontrolliert.
Die Konvention dafür ist, dass I/O-Geräte typsicherweise in `/dev` registriert werden, während andere Geräte über `/sys` konfiguriert werden. Außerdem wird `/sys` verwendet um Geräte zu finden. Die Konvention dafür ist, dass für Eingabe-/Ausgabe-Operationen mit Geräten die Dateien in `/dev` verwendet werden, während `/sys` für strukturierte Zugriffe und Konfiguration verwendet wird@devfs-vs-sysfs.
Geräte-Dateien in `/sys` haben eine String-basierte Schnittstelle, es werden also Menschenlesbare Werte in verschiedenen Dateien geschrieben. Das macht die Interaktion mit `/sys`-Dateien in der Shell attraktiv. Geräte-Dateien in `/sys` haben eine String-basierte Schnittstelle, es werden also menschenlesbare Werte in verschiedenen Dateien geschrieben. Das macht die Interaktion mit `/sys`-Dateien in der Shell attraktiv.
Folgender Shell-Code liest die momentane Batteriespannung meines Laptops aus. Folgender Shell-Code liest die momentane Batteriespannung meines Laptops aus.
```sh ```sh
@@ -83,7 +87,7 @@ Wie in der Einleitung beschrieben stellt der I²C-Treiber device-Dateien unter `
- Implementiert in #link("https://github.com/torvalds/linux/blob/master/drivers/i2c/i2c-dev.c", link-text[`drivers/i2c/i2c-dev.c`]) - Implementiert in #link("https://github.com/torvalds/linux/blob/master/drivers/i2c/i2c-dev.c", link-text[`drivers/i2c/i2c-dev.c`])
- #link("https://www.kernel.org/doc/html/latest/i2c/dev-interface.html", link-text[Offizielle Dokumentation]) - #link("https://www.kernel.org/doc/html/latest/i2c/dev-interface.html", link-text[Offizielle Dokumentation])
Implementierte Syscalls: Implementierte Systemaufrufe:
#figure( #figure(
table( table(
@@ -107,7 +111,7 @@ Der GPIO-Treiber stellt zwei Schnittstellen bereit, eine unter `/dev` und eine v
- Implementiert in #link("https://github.com/torvalds/linux/blob/master/drivers/gpio/gpiolib-cdev.c", link-text(`drivers/gpio/gpiolib-cdev.c`)); - Implementiert in #link("https://github.com/torvalds/linux/blob/master/drivers/gpio/gpiolib-cdev.c", link-text(`drivers/gpio/gpiolib-cdev.c`));
- #link("https://www.kernel.org/doc/html/latest/userspace-api/gpio/chardev.html", link-text([Offizielle Dokumentation])). - #link("https://www.kernel.org/doc/html/latest/userspace-api/gpio/chardev.html", link-text([Offizielle Dokumentation])).
Implementierte Syscalls: Implementierte Systemaufrufe:
#figure( #figure(
table( table(
@@ -117,7 +121,7 @@ Implementierte Syscalls:
[`ioctl(<file>, GPIO_GET_CHIPINFO_IOCTL, <chip_info>)`], [Informationen über einen Gpio-Chip holen], [`ioctl(<file>, GPIO_GET_CHIPINFO_IOCTL, <chip_info>)`], [Informationen über einen Gpio-Chip holen],
[`ioctl(<file>, GPIO_GET_LINEINFO_UNWATCH_IOCTL , <line_offset>)`], [Stoppt das Beobachten eines GPIO-Pins], [`ioctl(<file>, GPIO_GET_LINEINFO_UNWATCH_IOCTL , <line_offset>)`], [Stoppt das Beobachten eines GPIO-Pins],
[`ioctl(<file>, GPIO_V2_GET_LINEINFO_IOCTL, <line_info>)`], [Beschafft Informationen über einen spezifischen GPIO-Pin], [`ioctl(<file>, GPIO_V2_GET_LINEINFO_IOCTL, <line_info>)`], [Beschafft Informationen über einen spezifischen GPIO-Pin],
[`ioctl(<file>, GPIO_V2_GET_LINEINFO_WATCH_IOCTL, <line_info>)`], [Beschafft Informationen über einen GPIO-Pin und], [`ioctl(<file>, GPIO_V2_GET_LINEINFO_WATCH_IOCTL, <line_info>)`], [Beschafft Informationen über einen GPIO-Pin und macht nachfolgende Änderungen über `read` verfügbar],
[`ioctl(<file>, GPIO_V2_GET_LINE_IOCTL, <line_request>)`], [Reserviert und konfiguriert einen GPIO-Pin für das aufrufende Programm], [`ioctl(<file>, GPIO_V2_GET_LINE_IOCTL, <line_request>)`], [Reserviert und konfiguriert einen GPIO-Pin für das aufrufende Programm],
[`ioctl(<file>, GPIO_V2_LINE_SET_CONFIG_IOCTL, <line_config>)`], [Setzt Attribute für einen Pin, zum Beispiel Input/Output oder active LOW/HIGH], [`ioctl(<file>, GPIO_V2_LINE_SET_CONFIG_IOCTL, <line_config>)`], [Setzt Attribute für einen Pin, zum Beispiel Input/Output oder active LOW/HIGH],
[`ioctl(<file>, GPIO_V2_LINE_GET_VALUES_IOCTL, <line_values>)`], [Liest Werte von mehreren Eingangs-Pins], [`ioctl(<file>, GPIO_V2_LINE_GET_VALUES_IOCTL, <line_values>)`], [Liest Werte von mehreren Eingangs-Pins],
@@ -129,17 +133,16 @@ Implementierte Syscalls:
== ADC == ADC
ADCs werden in Linux nicht direkt als eigene Geräteklasse verwaltet, sondern sind in der Regel als _Hardware Monitoring_ (Überwachung) oder _Industrial I/O_ (iio). ADCs werden in Linux nicht direkt als eigene Geräteklasse verwaltet, sondern sind in der Regel als _Hardware Monitoring_ (Überwachung) oder _Industrial I/O_ (iio) gelistet.
Als Beispiel wird hier der Kernel-eigene Treiber für den #link("https://www.kernel.org/doc/html/v6.12/iio/ep93xx_adc.html", link-text[ADC des Cirrus Logic EP93xx SoC]) genutzt.
Hier wird für jeden der ADC-Pins ein eigener Eintrag unter `/sys/bus/iio/devices/iio:device<N>/` angelegt, wobei $N$ die Geräte-ID ist:
Als Beispiel wird hier der Kernel-eigene Treiber für den ADC des Cirrus Logic EP93xx SoC@adc-driver genutzt.
Dabei wird für jeden der ADC-Pins ein eigener Eintrag unter `/sys/bus/iio/devices/iio:device<N>/` angelegt, wobei $N$ die Geräte-ID ist:
#figure( #figure(
table( table(
columns: (auto, 1fr), columns: (auto, 1fr),
align: horizon, align: horizon,
table.header([Sysfs-Eintrag], [Pin-Name]), table.header([Sysfs-Eintrag], [Name des gesampleten Pins]),
[in_voltage0_raw], [`Y-`], [in_voltage0_raw], [`Y-`],
[in_voltage1_raw], [`sX+`], [in_voltage1_raw], [`sX+`],
[in_voltage2_raw], [`sX-`], [in_voltage2_raw], [`sX-`],
@@ -152,15 +155,109 @@ Hier wird für jeden der ADC-Pins ein eigener Eintrag unter `/sys/bus/iio/device
caption: [Sysfs-Einträge des ADC-Treibers] caption: [Sysfs-Einträge des ADC-Treibers]
)<tab-adc-syscalls> )<tab-adc-syscalls>
Das Auslesen einer dieser Datein startet führt synchron eine ADC-Umwandlung durch und gibt den ganzzahligen µV-Wert als String aus. Das Auslesen einer dieser Datein führt synchron eine ADC-Umwandlung durch.
Aus der Dokumentation anderer ADC-Treiber@adc-microchip geht hervor, dass der `in_voltageX_raw`-Wert der unskalierte Bitwert des ADC ist. Die Datei `/sys/[...]/in_voltage_scale` beinhaltet den Umrechnungswert vom Rohwert zu Millivolt. Manche Treiber stellen zusätzlich die Datei `/sys/[...]/in_voltage_offset` bereit, die einen konstanten Fehlerwert enthält. Die vollständige Umrechnung ist dann:
$U_["mV"] = ("voltage_raw" dot "voltage_scale") + "voltage_offset"$
= Design einer Hardwareschnittstelle für AT91SAM7-Timer = Design einer Hardwareschnittstelle für AT91SAM7-Timer
Der AT91SAM7-Mikrocontroller stellt das _Timer Counter_ Peripheral bereit; Drei 16-bit Zähler Der AT91SAM7-Mikrocontroller@sam7s-datasheet stellt das _Timer Counter Peripheral_ bereit;
Drei unabhängige 16-bit Zähler, Kanäle genannt, mit einstellbaren Taktgeschwindigkeiten, Überlaufgrenzen und _Triggern_.
== Features == Features
TODO Jeder Kanal kann sich in einem der folgenden Modi befinden:
- _Capture_ zum Festhalten von Zeitpunkten, zu denen Eingänge geschaltet wurden
- _Waveform_ zum Erzeugen von einstellbaren Rechtecksignalen
Außerdem hat jeder Kanal drei Eingangssignale `XC0-2`, zwei Ausgangssignale `A/B` und kann einen von fünf Vorteilern wählen.
=== Capture-Modus
Im _Capture_-Modus zählt der Zähler kontinuierlich und es wir bei einem konfigurierbaren _Event_ (eine Flanke auf `TIOA` oder `TIOB`) der Zählerstand in eins der Register geschrieben.
Dieser Modus ist unter anderem für die Bestimmung von Frequenz, Pulszeit und Pahsenbestimmung eins oder mehrerer anliegender Signale gedacht.
=== Waveform-Modus
Dieser Modus ist für die Erzeugung von Rechtecksignalen gedacht. Es gibt vier Untermodi:
#figure(
table(
columns: (auto, auto, 1fr),
align: horizon,
table.header([Modus], [Zählrichtung], [Verhalten wenn $="RC"$]),
[`00`], [Hoch], [Nichts, nur durch Überlauf zurückgesetzt],
[`10`], [Hoch], [Zurücksetzen auf 0],
[`01`], [Hoch, dann Runter], [Nichts, Richtungswechsel wenn $=0$ oder $="0xFFFF"$],
[`11`], [Hoch, dann Runter], [Richtungswechsel],
),
caption: [Wellenmodi im Waveform-Modus]
)
Außerdem wird der Zählerwert immer mit den Werten in den Registern `RA/RB/RC` auf Gleichheit verglichen.
Die daraus entstehenden Trigger-Signale können dann die Ausganspins `A/B` jeweils entweder einschalten, ausschalten oder umschalten.
== Umsetzung
Die API ist an der Struktur der GPIO-API orientiert.
Jeder Kanal muss mit `REQ_CHANNEL` vom Kernel angefragt werden, damit ein Kanal von genau einem Prozess verwaltet wird.
Mithilfe der `SET_MODE_CAPTURE` und `SET_MODE_WAVE` `ioctl`s wird der Kanal in den jeweiligen Modus versetzt und konfiguriert.
Der `TIMER_START`-Befehl startet einen einzelnen Kanal.
Wenn der aufrufende Prozess alle Kanäle kontrolliert, kann `TIMER_START` auf dem Timer selbst aufgerufen werden, was das SYNC-Signal für alle Kanäle setzt.
Folgend eine Beispielanwendung:
```c
int main() {
int timer_fd = open("/dev/timer0");
int ch0 = ioctl(timer_fd, REQ_CHANNEL_IOCTL, 0);
int some_free_channel = ioctl(timer_fd, REQ_CHANNEL_IOCTL, -1);
struct capture_config capture_config = {
.clock = CLOCK_1, // = TIMER_CLOCK1
.clock_burst = CLOCK_BURST_NONE, // Oder CLOCK_BURST_TIOA0/1/2
.clock_invert = false,
.a_edge = EDGE_RISING,
.b_edge = EDGE_NONE,
.external_trigger = EXT_TRIGGER_A,
.interrupt_on = INT_LDRA | INT_LDRB | INT_OVF, // Aktivierte interrupts
.compare = -1, //Deaktiviert CPCTRG, >0 aktiviert CPCTRG
};
ioctl(ch0, SET_MODE_CAPTURE, &capture_config);
struct wave_config wave_config = {
.clock = CLOCK_TIOA2, //-EINVAL wenn nicht verfügbar
.clock_invert = true,
.wave_mode = WAVE_MODE_UP_RC_TRIGGER, // WAVSEL = 10
.ra = 100,
.rb = 0x4000,
.rc = 0x9fff,
.tioa = (struct mtio) {
.a_mode = MTIO_MODE_SET,
.b_mode = MTIO_MODE_CLEAR,
.c_mode = MTIO_MODE_TOGGLE,
.sw_mode = MTIO_MODE_NONE,
}
.tiob = (struct mtio) {0}, // TIOB ist deaktiviert
};
ioctl(some_free_channel, SET_MODE_WAVE, &wave_config);
//Würde mit dem SYNC-Signal alle Kanäle starten,
//allerdings hat dieser Prozess nicht alle Kanäle angefragt.
//Der Aufruf würde also fehlschlagen
//ioctl(timer_fd, TIMER_START);
ioctl(ch0, TIMER_START); //Setzt SWTRG
struct capture_event capture_event;
// Blockiert bis mindestens eins der Signale in interrupt_on ausgelöst wurde
read(ch0, &capture_event, sizeof(capture_event));
}
```
= Scheduling bei geteilten Bussystemen = Scheduling bei geteilten Bussystemen
@@ -181,20 +278,20 @@ Zudem sollen in regelmäßigen Abständen Temperatur und Luftfeuchtigkeit vom Se
Wie in @fig-i2c-starvation gezeigt, wird durch die häufigen Display-Übertragungen der Temperatur-Sensor "ausgehungert" (schraffierter Hintergrund) und kann seine Daten nicht rechtzeitig übertragen. Wie in @fig-i2c-starvation gezeigt, wird durch die häufigen Display-Übertragungen der Temperatur-Sensor "ausgehungert" (schraffierter Hintergrund) und kann seine Daten nicht rechtzeitig übertragen.
Bei geteilten Ressourcen wie Bussen tritt dieses Problem häufig auf, weswegen im nächsten Schritt ein typsicher Lösungsansatz besprochen wird. Dieses Problem gehört zur Klasse der _Scheduling_-Aufgaben. Ein klassischer Lösungsansatz wird im nächsten Abschnitt besprochen
== Lösungsansatz == Lösungsansatz
Da hier eine geteilte Ressource (der Bus) _fair_ zwischen mehreren Clients (den Treibern) verteilt werden soll, bietet sich ein #link("https://de.wikipedia.org/wiki/Prozess-Scheduler", link-text([Scheduling Verfahren])) an. Da hier eine geteilte Ressource (der Bus) *fair* zwischen mehreren Clients (den Treibern) verteilt werden soll, bietet sich ein _Scheduling_-Verfahren@wiki-scheduling an.
Fragt ein Client einen I²C-Transfer an, so wird er nicht direkt ausgeführt, sondern mit anderen ausstehenden Anfragen in einer Warteschlange (Queue) gespeichert. Fragt ein Client einen I²C-Transfer an, so wird er nicht direkt ausgeführt, sondern mit anderen ausstehenden Anfragen in einer _Queue_ (dt. Warteschlange)@wiki-queue gespeichert.
Nun kann der I²C-Scheduler die nächste anstehende Transaktion nach einem Scheduling-Verfahren wie dem Completely Fair Scheduler@wiki-cfs aussuchen und durchführen, um Aushungern zu vermeiden. Nun kann der I²C-Scheduler die nächste anstehende Transaktion nach einem Scheduling-Verfahren wie dem _Completely Fair Scheduler_@wiki-cfs aussuchen und durchführen, um Aushungern zu vermeiden.
Nachfolgend ist der Ablauf mit dem simplen Round-Robin-Verfahren@wiki-round-robin gezeigt:
Nachfolgend ist der Ablauf mit dem simplen _Round-Robin-Verfahren_@wiki-round-robin gezeigt, das *keine* Fairness garantiert:
#figure( #figure(
image("./i2c-scheduler-rr.excalidraw.png"), image("./i2c-scheduler-rr.excalidraw.png"),
caption: [I²C-Scheduling mit Round Robin], caption: [I²C-Scheduling mit Round Robin],
alt: "A vertical scheduling diagram showing round robin scheduling", alt: "A vertical scheduling diagram showing round robin scheduling",
)<fig-i2c-round-robin> )<fig-i2c-round-robin>

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refs.bib
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@@ -8,7 +8,7 @@
} }
@misc{wiki-round-robin, @misc{wiki-round-robin,
author = {Wikipedia contributors}, author = {wikipedia contributors},
title = {Round Robin (Informatik)}, title = {Round Robin (Informatik)},
howpublished = {\url{https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Round_Robin_(Informatik)&oldid=249025330}}, howpublished = {\url{https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Round_Robin_(Informatik)&oldid=249025330}},
year = {2024}, year = {2024},
@@ -17,10 +17,93 @@
} }
@misc{wiki-cfs, @misc{wiki-cfs,
author = {Wikipedia contributors}, author = {wikipedia contributors},
title = {Completely Fair Scheduler}, title = {Completely Fair Scheduler},
howpublished = {\url{https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Completely_Fair_Scheduler&oldid=1329198135}}, howpublished = {\url{https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Completely_Fair_Scheduler&oldid=1329198135}},
year = {2025}, year = {2025},
month = {12}, month = {12},
note = {Zuletzt aufgerufen: 2026-01-20}, note = {Zuletzt aufgerufen: 2026-01-20},
} }
@misc{wiki-scheduling,
author = {wikipedia contributors},
title = {Prozess-Scheduler},
howpublished = {\url{https://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Prozess-Scheduler&oldid=251680761}},
year = {2024},
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note = {Zuletzt aufgerufen: 2026-01-20},
}
@misc{wiki-queue,
author = {wikipedia contributors},
title = {Queue (abstract data type)},
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year = {2026},
month = {01},
note = {Zuletzt aufgerufen: 2026-01-20},
}
@misc{os-tasks,
author = {Javeria Aiman},
title = { 5 Functions of an Operating System },
howpublished = {\url{https://mindscribes.com/5-functions-of-an-operating-system/}},
year = {2025},
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}
@misc{everythings-a-file,
author = {Neil Brown},
title = {Ghosts of Unix Past: a historical search for design patterns},
howpublished = {\url{https://lwn.net/Articles/411845/}},
year = {2010},
month = {10},
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@misc{device-files,
author = {linux kernel contributors},
title = {Character device drivers},
howpublished = {\url{https://linux-kernel-labs.github.io/refs/heads/master/labs/device_drivers.html}},
note = {Zuletzt aufgerufen: 2026-01-20},
}
@manual{sam7s-datasheet,
title = {AT91SAM ARM-based Flash MCU},
organization = {Microchip Technology Inc.},
address = {2355 West Chandler Blvd. Chandler, Arizona, USA},
edition = {6175L},
year = {2012},
month = {10},
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@misc{i2c-example,
author = {Konstantin Veltmann},
howpublished = {\url{https://git.veltko.de/Weckyy702/uc-ausarbeitung-linux-treiber/src/commit/d6e0fb978ee99b3bdf1b6b6fe73da930a2b59bbc/examples/i2c.c}},
year = {2026},
month = {01},
}
@misc{devfs-vs-sysfs,
author = {Youssef Salem},
title = {The Difference Between /dev and /sys/class},
howpublished = {\url{https://www.baeldung.com/linux/dev-sys-class-differences}},
year = {2024},
month = {08},
note = {Zuletzt aufgerufen: 2026-01-22},
}
@misc{adc-driver,
author = {the kernel development community},
title = {Cirrus Logic EP93xx ADC driver},
howpublished = {\url{https://www.kernel.org/doc/html/v6.12/iio/ep93xx_adc.html}},
note = {Zuletzt aufgerufen: 2026-01-22},
}
@manual{adc-microchip,
title = {How to Use the SAMA5D2 ADC Under Linux®},
organization = {Microchip Technology Inc},
address = {2355 West Chandler Blvd. Chandler, Arizona, USA},
edition = {AN3250},
year = {2019},
}