Linux GPIO Aggregator

GPIO Aggregator 개요

GPIO Aggregator는 여러 GPIO를 하나로 모아 새로운 `gpio_chip`으로 노출하는 메커니즘입니다. 이어지는 절에서 Sysfs와 Configfs를 통한 접근 제어 및 일반 목적 드라이버 사용 사례를 설명합니다.

Sysfs로 GPIO 집계

GPIO controller는 `/dev/gpiochip*` character device로 사용자 공간에 노출됩니다. 표준 UNIX 파일 소유권과 권한이 제공하는 접근 제어는 전체 허용 또는 전체 거부 방식이므로, 사용자는 controller 전체에 접근할 수 있거나 전혀 접근할 수 없습니다.

GPIO Aggregator는 하나 이상의 GPIO를 새 `gpio_chip`으로 모아 이 집합에 별도 접근 제어를 제공합니다. 새 장치의 소유자나 그룹과 UNIX 권한을 설정할 수 있습니다. VM은 전체 가상 GPIO controller 하나만 가져가면 되므로 내보낼 GPIO를 개별 선택할 필요가 없어지고 attack surface도 줄어듭니다.

집계 GPIO controller는 `/sys/bus/platform/drivers/gpio-aggregator/` 아래의 write-only attribute에 써서 만들고 제거합니다.

`new_device` 입력 형식은 다음과 같습니다.

[<gpioA>] [<gpiochipB> <offsets>] ...

`e6052000.gpio`의 line 19와 `e6050000.gpio`의 line 20~21을 새 `gpio_chip`으로 집계하는 예입니다.

$ echo 'e6052000.gpio 19 e6050000.gpio 20-21' > new_device

앞에서 만든 장치 이름이 `gpio-aggregator.0`이라고 가정하고 제거하는 예입니다.

$ echo gpio-aggregator.0 > delete_device

Configfs device 구성

`dev_name`이 `gpio-aggregator.0`이면 `/sys/devices/platform/gpio-aggregator.0/gpiochipX`에서 GPIO device id가 `X`임을 알 수 있습니다.

`Y+1`개(`Y >= 0`) 가상 line을 만들려면 원하는 line마다 `line0`, `line1`, ..., `lineY`라는 정확한 이름의 하위 디렉터리를 만들어야 합니다. 모든 line을 구성한 뒤 `live`를 1로 설정합니다.

Configfs line 구성과 수명주기

`/config/gpio-aggregator/<example-name>/<lineY>/`는 aggregator에 포함할 GPIO line 하나를 나타냅니다.

line name으로 찾으려면 `key`에 line name을 쓰고 `offset`을 기본값 -1로 둡니다. GPIO chip name과 chip 내부 line offset으로 찾으려면 `key`에 chip name을 쓰고 `offset`에 유효한 번호를 지정합니다.

구성이 끝나면 `live`를 1로 설정해 aggregator device를 만듭니다. 0으로 되돌리면 가상 장치를 제거합니다. 모듈은 새 장치 probe가 성공할 때까지 동기적으로 기다리며, 성공하지 않으면 `live` 쓰기가 오류를 반환합니다. 이는 Sysfs `new_device`로 만들 때와 다른 동작입니다.

Configfs 구성 명령 예제

aggregator 디렉터리를 만들고 `gpiochip0`의 offset 6과 7을 각각 `test0`, `test1`으로 구성한 뒤 활성화하는 전체 예입니다.

# Create a directory for an aggregator device
$ mkdir /sys/kernel/config/gpio-aggregator/agg0

# Configure each line
$ mkdir /sys/kernel/config/gpio-aggregator/agg0/line0
$ echo gpiochip0 > /sys/kernel/config/gpio-aggregator/agg0/line0/key
$ echo 6         > /sys/kernel/config/gpio-aggregator/agg0/line0/offset
$ echo test0     > /sys/kernel/config/gpio-aggregator/agg0/line0/name
$ mkdir /sys/kernel/config/gpio-aggregator/agg0/line1
$ echo gpiochip0 > /sys/kernel/config/gpio-aggregator/agg0/line1/key
$ echo 7         > /sys/kernel/config/gpio-aggregator/agg0/line1/offset
$ echo test1     > /sys/kernel/config/gpio-aggregator/agg0/line1/name

# Activate the aggregator device
$ echo 1         > /sys/kernel/config/gpio-aggregator/agg0/live

일반 목적 GPIO 드라이버

GPIO Aggregator는 전용 커널 드라이버 없이 DT에 기술된 단순 GPIO 조작 장치의 일반 드라이버로도 사용할 수 있습니다. 산업 제어에 유용하며 사용자 공간에서 SPI 장치와 통신하게 하는 `spidev`와 비슷합니다.

장치를 GPIO Aggregator에 bind하려면 gpio-aggregator 드라이버를 수정하거나 Sysfs의 `driver_override` 파일에 씁니다.

`door`라는 GPIO 장치가 자체 compatible 값으로 DT에 기술된 예입니다.

door {
	compatible = "myvendor,mydoor";

	gpios = <&gpio2 19 GPIO_ACTIVE_HIGH>,
		<&gpio2 20 GPIO_ACTIVE_LOW>;
	gpio-line-names = "open", "lock";
};

이 장치는 `gpio_aggregator_dt_ids[]`에 compatible 값을 추가하거나 다음처럼 `driver_override`로 수동 bind할 수 있습니다.

$ echo gpio-aggregator > /sys/bus/platform/devices/door/driver_override
$ echo door > /sys/bus/platform/drivers/gpio-aggregator/bind

bind 뒤에는 두 line을 가진 새 gpiochip `door`가 생성됩니다.

$ gpioinfo door
gpiochip12 - 2 lines:
	line   0:       "open"       unused   input  active-high
	line   1:       "lock"       unused   input  active-high