🐧 Embedded Linux System Programming

Exploring the interaction between Hardware and Kernel Space. 리눅스 커널 모듈(LKM) 개발을 통해 운영체제의 리소스 관리, 인터럽트 처리, 그리고 User/Kernel Space 간의 통신 메커니즘을 깊이 있게 연구한 프로젝트 모음입니다.

📂 Project Overview

이 저장소는 임베디드 리눅스 환경(Target: ARM Based Board)에서 직접 디바이스 드라이버를 구현하며 마주친 기술적 문제들과 해결 과정을 기록했습니다. 단순한 기능 구현을 넘어, **시스템의 안정성(Stability)과 효율성(Efficiency)**을 고려한 설계를 지향했습니다.

Directory	Project	Key Concepts
01_gpio_interrupt_timer	GPIO Control Module	Interrupt Handling, Kernel Timer, Software Debouncing
02_char_device_driver	Character Device Driver	VFS(Virtual File System), System Call, User-Kernel Data Transfer
03_security_system_pir	PIR Security System	Event-Driven Architecture, Sensor Integration, State Machine

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🚀 Key Technical Challenges & Solutions

프로젝트 진행 중 발생한 주요 이슈와 이를 해결하기 위해 적용한 엔지니어링 접근 방식입니다.

1. Software Debouncing (in 01_gpio_interrupt_timer)

• Issue: 기계식 스위치 조작 시 물리적 진동(Chattering)으로 인해 한 번의 입력에 수십 번의 인터럽트가 발생하는 현상 확인.
• Solution: 리눅스 커널의 시간 단위인 jiffies를 활용하여 디바운싱 로직을 구현. 마지막 인터럽트 발생 시점과 현재 시점의 차이가 200ms 미만일 경우 노이즈로 간주하고 무시하여 입력 신뢰성을 확보했습니다.

  // Code Snippet: Debouncing Logic
  if (jiffies - last_irq_time < msecs_to_jiffies(200)) {
      return IRQ_HANDLED; // Ignore noise
  }
  last_irq_time = jiffies;

2. Concurrency Management with Kernel Timers

• Approach: sleep() 함수는 CPU를 점유하거나 프로세스를 차단(Block)할 위험이 있어 인터럽트 컨텍스트 내 사용이 부적절함.
• Implementation: 대신 비동기적으로 동작하는 struct timer_list를 사용하여, 메인 시스템의 흐름을 방해하지 않고 LED 점멸 패턴(Blink, Shift)을 제어하는 Non-blocking 아키텍처를 구현했습니다.

3. Safe User-Kernel Communication (in 02_char_device_driver)

• Principle: User Space의 메모리 포인터를 Kernel Space에서 직접 참조할 경우, 잘못된 주소 접근으로 인한 Kernel Panic 위험이 있음.
• Implementation: copy_from_user()와 copy_to_user() 커널 함수를 사용하여 데이터 유효성을 검증한 뒤 안전하게 메모리를 복사하도록 구현했습니다.

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🛠️ Build & Usage

표준 리눅스 커널 빌드 시스템(Kbuild)을 준수하여 Makefile을 구성했습니다.

Prerequisites

• Linux Kernel Headers (sudo apt install linux-headers-$(uname -r))
• GCC Compiler, Make

How to Build

각 프로젝트 폴더로 이동하여 make 명령어를 실행하면, 현재 커널 버전을 자동으로 감지하여 모듈을 빌드합니다.

# Example: Build GPIO Module
cd 01_gpio_interrupt_timer
make

# Load Module
sudo insmod assign1.ko

# Check Kernel Log
dmesg | tail

📝 Learning Outcomes

1. Kernel Mechanics: 커널 모듈의 생명주기(init, exit)와 커널 심볼 테이블에 대한 이해.
2. Resource Management: request_irq, gpio_request 등을 통한 하드웨어 리소스 할당 및 해제와 메모리 누수 방지.
3. Low-Level Debugging: dmesg와 커널 로그(printk)를 활용한 트러블 슈팅 능력.

👥 Contributors

이 프로젝트는 다음 팀원과 함께 공동 개발했습니다.

• 조승훈 (@Jossi02)