[Linux Kernel Module] 개발 프로젝트 구성

- 개발 환경

개발 보드 : Raspberrypi 4

OS : Linux raspberrypi 6.12.25

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1. 서론

  운영체제는 대략적으로 어플리케이션 영역과 커널 영역으로 분리되어 있습니다. 어플리케이션 영역에서 실행되는 프로그램은 하드웨어에 직접 접근할 수 없습니다. 그러므로 일반적인 프로그램은 커널 영역에 있는 모듈을 통해 하드웨어에 접근하고 있습니다. 이제 말을 조금 바꾸어 말하면 커널 모듈은 하드웨어와 어플리케이션 간의 인터페이스을 담당하고 있다고 말할 수 있습니다. 

출처) https://en.wikipedia.org/wiki/Kernel_%28operating_system%29

 

  그러므로 새로운 디바이스를 개발한다고 한다면 해당 디바이스를 제어할 수 있는 커널 모듈을 개발해야합니다. 앞으로 커널 모듈을 개발하는 방법을 소개하면서 기능을 정리해보려고 합니다. 이번 포스트에서는 단순히 "Hello world" 로그를 출력하는 커널 모듈을 개발하면서 개발하기 위한 환경을 구성하도록 하겠습니다.  또한 누구나 쉽게 개발 할 수 있도록 "라즈베리파이 4" 보드를 선택했으며 "라즈베리파이 OS"로 개발을 진행하도록 하겠습니다. 

 

2. 개발 환경 구축

2.1. 필요 패키지 설치 (라즈베리파이 사용시)

# APT 패키지 업데이트 및 업그레이드
sudo apt update
sudo apt upgrade -y

# Kernel 모듈 관련 헤더파일 다운로드
sudo apt install -y raspberrypi-kernel-headers

 

 만약 다른 환경(다른 타겟 보드 및 운영체제)를 사용하신다면 해당 환경에 대한 리눅스 빌드 환경을 구축해야합니다.

 

2.2. 프로젝트 파일 구조

# 프로젝트 폴더 생성 및 이동
mkdir devModule && cd devModule

# 필요 파일들 생성
# Makefile : 모듈 빌드를 위한 파일
# firstModule.c : 실제 커널 모듈을 개발 하기 위한 파일
touch Makefile firstModule.c

기본적인 프로젝트 구조

 

- firstModule.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
 
static int __init initModule(void){
    printk("[devModule] initModule : Hello world\n");
 
    return 0;
}
 
static void __exit exitModule(void){
    printk("[devModule] exitModule : Goodbye world\n");
}
 
module_init(initModule);
module_exit(exitModule);
 
MODULE_LICENSE("GPL");
 

 

• module_init()
  모듈을 커널에 추가할 때 모듈을 초기화 할 함수를 지정하는 매크로 입니다.
• module_exit()
  모듈을 커널에서 제거할 때 해당 모듈에서 사용한 자원을 반납할 함수를 지정하는 매크로입니다.
• printk()
  모듈을 실행하면서 Log를 남기기 위한 함수 입니다.
  dmesg 명령어를 통해 해당 Log를 확인 할 수 있습니다.
• MODULE_LICENSE()
  이 모듈에 대한 라이센스를 명시하는 매크로입니다.

 

- Makefile

obj-m += firstModule.o
 
all:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modules
 
clean:
    make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) clean

 

firstModule.c 를 커널 모듈로 빌드하기 위한 Makefile 입니다.

주의)

반드시 obj-m에 firstModule.c의 파일 이름과 같은 이름으로 추가해야합니다.

 

 

3. 커널 모듈 빌드

make

firstModule.ko가 생성되었다는 것은 정상적으로 모듈을 빌드하였다는 것입니다.

 

4. 커널 모듈 동작 확인

# firstModule을 커널에 추가
sudo insmod firstModule.ko
# initModule에서 printk로 출력한 LOG 확인
dmesg | tail

# 현재 firstModule이 커널에 추가되었는지 확인
lsmod | grep firstModule

 

# 커널에 설치된 firstModule 제거
sudo rmmod firstModule
# printk로 출력 한 LOG 확인
dmesg | tail

5. 후기

  지금까지 가장 간단한 커널 모듈을 개발하였습니다. 당장은 쉽지만 앞으로 기능(인터럽트, UART, I2C 등) 을 추가하면서 조금씩 어려워 질 것입니다. 또한 기본적으로 운영체제에 대한 이해가 필요하며 하드웨어를 직접적으로 제어하면서 하드웨어에 대한 이해 그리고 특히 리눅스 운영체제에 대한 이해가 필요할 것입니다.

  하지만, 실습을 통해 천천히 개발해 나아가면 크게 어렵지 않게 따라 할 수 있을 것입니다.