path: root/2016-pruefung.tex

\documentclass[addpoints,12pt]{exam}

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\firstpageheadrule
\runningheadrule
\lhead{Manuel Traut\\Sommersemester 2016}
\chead{Hochschule Ravensburg-Weingarten\\Linux-Kernelprogrammierung}
\rhead{MatrNr:\\Datum:}

\firstpagefootrule
\runningfootrule
\firstpagefooter{Page \thepage\ of \numpages}
{}
{Punkte: \makebox[.5in]{\hrulefill}\\
von \pointsonpage{\thepage} Punkten}

\runningfooter{Page \thepage\ of \numpages}
{}
{}

\pagestyle{headandfoot}

\pointsinrightmargin
\pointpoints{Punkt}{Punkte}

\begin{document}


\begin{coverpages}
\begin{titlepage}
\title{Pr\"ufung Linux-Kernelprogrammierung}
\author{Dozent: Manuel Traut}
\date{04. Juli 2016 10:30 Uhr}
\maketitle
\begin{center}
Hochschule Ravensburg-Weingarten
\vspace{1cm}

Dauer: 60 Minuten, erlaubte Hilfsmittel: eigene Mitschriebe/Notizen
\end{center}

\vspace{2cm}
Name:\enspace\hrulefill
\vspace{2cm}
MatrNr:\enspace\hrulefill
\begin{center}
\begin{lstlisting}
              a8888b.
             d888888b.
             8P"YP"Y88      (((((((())))))))))
             8|o||o|88      ||VIEL ERFOLG !!||
             8'    .88      ((((((((((((()))))
             8`._.' Y8.
            d/      `8b.
          .dP   .     Y8b.
         d8:'   "   `::88b.
        d8"           `Y88b
       :8P     '       :888
        8a.    :      _a88P
      ._/"Yaa_ :    .| 88P|
      \    YP"      `| 8P  `.
      /     \._____.d|    .'
      `--..__)888888P`._.'
\end{lstlisting}
\end{center}
\end{titlepage}
\end{coverpages}

\lstset{ %
  basicstyle=\scriptsize,   % the size of the fonts that are used for the code
  breaklines=true,          % sets automatic line breaking
  frame=single,             % adds a frame around the code
  language=C,               % the language of the code
  numbers=left,             % where to put the line-numbers;
  numbersep=5pt,            % how far the line-numbers are from the code
  numberstyle=\tiny,        % the style that is used for the line-numbers
  tabsize=8,                % sets default tabsize to 2 spaces
}


\begin{questions}

\question Sie haben einen Roboter entwickelt. Zur Steuerung des Roboters wurde
  ein ARM basiertes Linuxsystem integriert. Um die Sensoren und Aktoren des
  Roboters vom User-space zugreifbar zu machen haben Sie den Linuxkernel
  modifiziert. Die Steuerungsapplikation l\"auft im Userspace und wurde nur
  gegen die unter LGPL stehende glibc gelinkt.

\begin{parts}
\part[2] Argumentieren Sie weshalb es f\"ur zuk\"unftige Entwicklungen am
  Roboter f\"ur Ihre Firma von Vorteil ist, die \"Anderungen am Kernel
  "Mainline" zu bekommen.

\part[4] Sie wollen Ihre Modifikationen am Kernel in Mainline Linux
  integriert haben. Was \"ubermitteln Sie auf welchem Weg wohin?

\part[4] Welche Aufgaben haben die Kernel Maintainer in diesem Zusammenhang?

\part[1] M\"ussen Sie die K\"aufer des Roboters informieren, dass Sie Linux
  einsetzen?

\part[1] Wem m\"ussen Sie auf Anfrage die Modifikationen am Kernel zur
  Verf\"ugung stellen?

\part[1] Wem m\"ussen Sie auf Anfrage den Quellcode Ihrer Applikation zur
  Verf\"ugung stellen?
\end{parts}

\question F\"ur die Kernelentwicklungen im Rahmen des oben genannten
	Roboterprojekts wird git als Versionskontrollsystem eingesetzt. Im Produkt
	soll ein in einem branch (v4.4.y) des "linux-stable" Repository gepflegter
	LTS (long-term support) Kernel zum Einsatz kommen. F\"ur das Mainlining
	Ihrer Modifikationen m\"ussen diese gegen den aktuellsten Entwicklungskernel
	(master branch des "linux" Repositories gebaut und getestet werden.
\begin{parts}
\part[2] Wozu dient 'git remote' und wie/wozu wird es hier zweckm\"assig
	eingesetzt?
\part[4] Sie arbeiten am Kameratreiber und haben einen Zwischenstand erreicht.
	Kollege Max koordiniert alle Arbeiten am Kernel. Wie funktioniert die
	Integration Ihres Treiberstands in das von Max gepflegte "linux-robo"
	Repository? Skizzieren/Beschreiben Sie welche Repositories/Branches in dem
	Prozess involviert sind und wem diese geh\"oren.
\end{parts}

\newpage

\question
\begin{parts}
\part[1] Welches Kommando f\"uhrt zu den Ausgaben auf folgendem Bild?
\part[1] \"Uber welche Dateien wird der Inhalt / Struktur des Tools gesteuert?
\part[2] Der Kernel kann 'out of tree' gebaut werden. Nenne 2 Vorteile dieser
	Methode.
\end{parts}

\includegraphics[height=0.3\textwidth]{./menuconfig.png}

\question Sie haben einen Treiber entwickelt, welcher dem User-space
	erm\"oglicht einen Ultraschallsensor via sysfs auszulesen. Die
	Steuerungsapplikation des Roboters nutzt diese Funktion zyklisch (alle 2ms).
	In einer Testapplikation kann dedektiert werden, dass in seltenen F\"allen
	(bei einem Dauerlauf, ca. 2 mal t\"aglich) Ihr Treiber einen Wert liefert,
	der im Rahmen des Testaufbaus v\"ollig unrealistisch ist. Sie vermuten, dass
	es sich um eine Race-condition (Wert wird von Ihrem Treiber
	geschrieben, w\"ahrend er vom User-space gelesen wird.) handelt.
\begin{parts}
	\part[10] Wie gehen Sie vor um zu pr\"ufen ob Ihre Vermutung wahr ist?
		Welche Tools / Infrastruktur setzen Sie wie ein? M\"ussen Sie die User-space
		Testapplikation modifizeren? Falls ja wie? M\"ussen Sie den Kernel
		modifizieren? Falls ja wie?
\end{parts}

\question
F\"ur Ihren Roboter ben\"otigen Sie ein Rootfilesystem welches einen Webserver
sowie die user-space Tools zur WLAN Konfiguration enth\"alt.
\begin{parts}
	\part[2] Nennen Sie 2 Punkte die Sie beim Erstellen des Rootfilesystem mit
		'Linux from scratch Ansatu' (also ohne Distribution) selber erledigen
		m\"u\ss en, welche aber klassischerweise von einer bin\"aren
		Linuxdistribution wie z.B. Debian gel\"ost w\"aren.
\end{parts}

\newpage

\question
Die folgenden Fragen beziehen sich auf den Quellcode 1 im Anhang.
\begin{parts}
\part[4] Welche Funktionalit\"at stellt der Code zur Verf\"ugung?
\part[2] Der Treiber wird in einem System geladen, welches 2 PCI Devices mit
	Vendor ID 0x186c und Device ID 0x0624 besitzt. Wie oft wird mf624\_pci\_probe
	und mf624\_init aufgerufen?
\part[4] Egal auf welches Device Sie zugreifen, Sie interagieren immer nur mit
	einer der zwei PCI Karten. Wie m\"usssen Sie den Treiber modifizieren, damit
	beide Karten funktionieren?
\part[2] Sie wollen dass der Code nicht mehr angesprungen wird, welche Zeile(n)
	m\"ussen Sie mindestens l\"oschen?
\part[3] Die Interruptfunktion wird nicht mehr ben\"otigt, welche Zeilen
	k\"onnen gel\"oscht werden?
\end{parts}

\question
Die folgenden Fragen beziehen sich auf den Quellcode 2 im Anhang.
\begin{parts}
\part[10] Mittels 'set\_latch\_u7 / get\_latch\_u7' kann analog zu
	'set\_latch\_u5 / get\_latch\_u5' eine gr\"une LED vom Kernel aus
	geschalten werden. Erweitern Sie den Treiber so, dass die gr\"une LED
	via 'echo 1 > /sys/class/leds/huhu/brightness' dauerhaft eingeschalten werden
	kann.
\end{parts}

\end{questions}

\vspace{1cm}
Punkte: \_\_\_\_ von \numpoints
\hspace{1cm}
Note:

\newpage

\begin{appendix}

Quellcode 1:

\begin{lstlisting}
/*
 * UIO driver fo Humusoft MF624 DAQ card.
 * Copyright (C) 2011 Rostislav Lisovy <lisovy@gmail.com>,
 *                    Czech Technical University in Prague
 *
 * Copyright (C) 2016 Manuel Traut <manut@mecka.net>,
 *                    modified for usage in kernel exams
 *
 * This program is free software; you can redistribute it and/or modify
 * it under the terms of the GNU General Public License as published by
 * the Free Software Foundation; either version 2 of the License, or
 * (at your option) any later version.
 *
 * This program is distributed in the hope that it will be useful,
 * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
 * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the
 * GNU General Public License for more details.
 *
 * You should have received a copy of the GNU General Public License
 * along with this program; if not, write to the Free Software
 * Foundation, Inc., 675 Mass Ave, Cambridge, MA 02139, USA.
 */

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/pci.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/uio_driver.h>

#define PCI_VENDOR_ID_HUMUSOFT		0x186c
#define PCI_DEVICE_ID_MF624		0x0624
#define PCI_SUBVENDOR_ID_HUMUSOFT	0x186c
#define PCI_SUBDEVICE_DEVICE		0x0624

/* BAR0 Interrupt control/status register */
#define INTCSR				0x4C
#define INTCSR_ADINT_ENABLE		(1 << 0)
#define INTCSR_CTR4INT_ENABLE		(1 << 3)
#define INTCSR_PCIINT_ENABLE		(1 << 6)
#define INTCSR_ADINT_STATUS		(1 << 2)
#define INTCSR_CTR4INT_STATUS		(1 << 5)

enum mf624_interrupt_source {ADC, CTR4, ALL};

static void mf624_disable_interrupt(enum mf624_interrupt_source source,
			     struct uio_info *info)
{
	void __iomem *INTCSR_reg = info->mem[0].internal_addr + INTCSR;

	switch (source) {
	case ADC:
		iowrite32(ioread32(INTCSR_reg)
			& ~(INTCSR_ADINT_ENABLE | INTCSR_PCIINT_ENABLE),
			INTCSR_reg);
		break;

	case CTR4:
		iowrite32(ioread32(INTCSR_reg)
			& ~(INTCSR_CTR4INT_ENABLE | INTCSR_PCIINT_ENABLE),
			INTCSR_reg);
		break;

	case ALL:
	default:
		iowrite32(ioread32(INTCSR_reg)
			& ~(INTCSR_ADINT_ENABLE | INTCSR_CTR4INT_ENABLE
			    | INTCSR_PCIINT_ENABLE),
			INTCSR_reg);
		break;
	}
}

static void mf624_enable_interrupt(enum mf624_interrupt_source source,
			    struct uio_info *info)
{
	void __iomem *INTCSR_reg = info->mem[0].internal_addr + INTCSR;

	switch (source) {
	case ADC:
		iowrite32(ioread32(INTCSR_reg)
			| INTCSR_ADINT_ENABLE | INTCSR_PCIINT_ENABLE,
			INTCSR_reg);
		break;

	case CTR4:
		iowrite32(ioread32(INTCSR_reg)
			| INTCSR_CTR4INT_ENABLE | INTCSR_PCIINT_ENABLE,
			INTCSR_reg);
		break;

	case ALL:
	default:
		iowrite32(ioread32(INTCSR_reg)
			| INTCSR_ADINT_ENABLE | INTCSR_CTR4INT_ENABLE
			| INTCSR_PCIINT_ENABLE,
			INTCSR_reg);
		break;
	}
}

static irqreturn_t mf624_irq_handler(int irq, struct uio_info *info)
{
	void __iomem *INTCSR_reg = info->mem[0].internal_addr + INTCSR;

	if ((ioread32(INTCSR_reg) & INTCSR_ADINT_ENABLE)
	    && (ioread32(INTCSR_reg) & INTCSR_ADINT_STATUS)) {
		mf624_disable_interrupt(ADC, info);
		return IRQ_HANDLED;
	}

	if ((ioread32(INTCSR_reg) & INTCSR_CTR4INT_ENABLE)
	    && (ioread32(INTCSR_reg) & INTCSR_CTR4INT_STATUS)) {
		mf624_disable_interrupt(CTR4, info);
		return IRQ_HANDLED;
	}

	return IRQ_NONE;
}

static int mf624_irqcontrol(struct uio_info *info, s32 irq_on)
{
	if (irq_on == 0)
		mf624_disable_interrupt(ALL, info);
	else if (irq_on == 1)
		mf624_enable_interrupt(ALL, info);

	return 0;
}

static struct uio_info mf624_info = {
	.name = "mf624";
	.version = "0.0.1";
};

static int mf624_pci_probe(struct pci_dev *dev, const struct pci_device_id *id)
{
	struct uio_info *info = &mf624_info;

	if (pci_enable_device(dev))
		return -1;

	if (pci_request_regions(dev, "mf624"))
		goto out_disable;

	/* Note: Datasheet says device uses BAR0, BAR1, BAR2 -- do not trust it */

	/* BAR0 */
	info->mem[0].name = "PCI chipset, interrupts, status "
			"bits, special functions";
	info->mem[0].addr = pci_resource_start(dev, 0);
	if (!info->mem[0].addr)
		goto out_release;
	info->mem[0].size = pci_resource_len(dev, 0);
	info->mem[0].memtype = UIO_MEM_PHYS;
	info->mem[0].internal_addr = pci_ioremap_bar(dev, 0);
	if (!info->mem[0].internal_addr)
		goto out_release;

	/* BAR2 */
	info->mem[1].name = "ADC, DAC, DIO";
	info->mem[1].addr = pci_resource_start(dev, 2);
	if (!info->mem[1].addr)
		goto out_unmap0;
	info->mem[1].size = pci_resource_len(dev, 2);
	info->mem[1].memtype = UIO_MEM_PHYS;
	info->mem[1].internal_addr = pci_ioremap_bar(dev, 2);
	if (!info->mem[1].internal_addr)
		goto out_unmap0;

	/* BAR4 */
	info->mem[2].name = "Counter/timer chip";
	info->mem[2].addr = pci_resource_start(dev, 4);
	if (!info->mem[2].addr)
		goto out_unmap1;
	info->mem[2].size = pci_resource_len(dev, 4);
	info->mem[2].memtype = UIO_MEM_PHYS;
	info->mem[2].internal_addr = pci_ioremap_bar(dev, 4);
	if (!info->mem[2].internal_addr)
		goto out_unmap1;

	info->irq = dev->irq;
	info->irq_flags = IRQF_SHARED;
	info->handler = mf624_irq_handler;

	info->irqcontrol = mf624_irqcontrol;

	if (uio_register_device(&dev->dev, info))
		goto out_unmap2;

	pci_set_drvdata(dev, info);

	return 0;

out_unmap2:
	iounmap(info->mem[2].internal_addr);
out_unmap1:
	iounmap(info->mem[1].internal_addr);
out_unmap0:
	iounmap(info->mem[0].internal_addr);

out_release:
	pci_release_regions(dev);

out_disable:
	pci_disable_device(dev);

	return -ENODEV;
}

static void mf624_pci_remove(struct pci_dev *dev)
{
	struct uio_info *info = pci_get_drvdata(dev);

	mf624_disable_interrupt(ALL, info);

	uio_unregister_device(info);
	pci_release_regions(dev);
	pci_disable_device(dev);

	iounmap(info->mem[0].internal_addr);
	iounmap(info->mem[1].internal_addr);
	iounmap(info->mem[2].internal_addr);

	kfree(info);
}

static const struct pci_device_id mf624_pci_id[] = {
	{ PCI_DEVICE(PCI_VENDOR_ID_HUMUSOFT, PCI_DEVICE_ID_MF624) },
	{ 0, }
};

static struct pci_driver mf624_pci_driver = {
	.name = "mf624",
	.id_table = mf624_pci_id,
	.probe = mf624_pci_probe,
	.remove = mf624_pci_remove,
};
MODULE_DEVICE_TABLE(pci, mf624_pci_id);

int mf624_init(void)
{
	return pci_driver_register(&mf624_pci_driver);
}

void mf624_exit(void)
{
	pci_driver_unregister(&mf624_pci_driver);
}

module_init(mf624_init);
module_exit(mf624_exit);

MODULE_LICENSE("GPL v2");
MODULE_AUTHOR("Rostislav Lisovy <lisovy@gmail.com>");
\end{lstlisting}

\newpage

Quellcode 2:

\begin{lstlisting}
/*
 * LEDs driver for the "User LED" on Routerboard532
 *
 * Copyright (C) 2009 Phil Sutter <n0-1@freewrt.org>
 *
 * Based on leds-cobalt-qube.c by Florian Fainelly and
 * rb-diag.c (my own standalone driver for both LED and
 * button of Routerboard532).
 */

#include <linux/leds.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/platform_device.h>

#include <asm/mach-rc32434/gpio.h>
#include <asm/mach-rc32434/rb.h>

static void rb532_led_set(struct led_classdev *cdev,
			  enum led_brightness brightness)
{
	if (brightness)
		set_latch_u5(LO_ULED, 0);

	else
		set_latch_u5(0, LO_ULED);
}

static enum led_brightness rb532_led_get(struct led_classdev *cdev)
{
	return (get_latch_u5() & LO_ULED) ? LED_FULL : LED_OFF;
}

static struct led_classdev rb532_uled = {
	.name = "uled",
	.brightness_set = rb532_led_set,
	.brightness_get = rb532_led_get,
	.default_trigger = "nand-disk",
};

static int rb532_led_probe(struct platform_device *pdev)
{
	return led_classdev_register(&pdev->dev, &rb532_uled);
}

static int rb532_led_remove(struct platform_device *pdev)
{
	led_classdev_unregister(&rb532_uled);
	return 0;
}

static struct platform_driver rb532_led_driver = {
	.probe = rb532_led_probe,
	.remove = rb532_led_remove,
	.driver = {
		.name = "rb532-led",
	},
};

module_platform_driver(rb532_led_driver);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_DESCRIPTION("User LED support for Routerboard532");
MODULE_AUTHOR("Phil Sutter <n0-1@freewrt.org>");
MODULE_ALIAS("platform:rb532-led");
\end{lstlisting}

\end{appendix}


\end{document}