Програмний модуль ядра Linux для нестандартного Arduino-сумісного сенсора

Abstract

Метою кваліфікаційної роботи є розробка програмного модуля ядра Linux для нестандартного Arduino-сумісного сенсора, який працює на платформі Raspberry Pi та забезпечує приймання, обробку, нормалізацію і системне подання даних засобами Linux. В роботі проведено аналіз драйверів ядра Linux для вбудованих сенсорів, розглянуто особливості програмної взаємодії Linux із зовнішніми сенсорами та досліджено існуючі підходи до підтримки сенсорів у Linux, зокрема sysfs, udev, Industrial I/O та Hardware Monitoring. Сформульовано постановку задачі, визначено основні вимоги до програмного модуля та обґрунтовано доцільність створення власного модуля ядра для нестандартного Arduino-сумісного пристрою. Розроблено загальну структуру проектованого модуля, описано алгоритми його функціонування та інформаційне забезпечення. Визначено склад вхідних і вихідних даних, службові параметри, логіку подання метрик через sysfs, правила взаємодії з udev, а також засоби журналювання й діагностики. Практична реалізація виконана мовою C у вигляді модуля ядра Linux з підтримкою sysfs-атрибутів value, raw, status, error_code, last_update та inject_raw. Додатково реалізовано правило udev, shell-скрипти для читання метрик і тестування, а також консольний інтерфейс користувача. Проведено тестування розробленого модуля в середовищі Debian Linux. Перевірено складання, завантаження і вивантаження модуля, створення sysfsатрибутів, коректність оновлення метрик при допустимих вхідних даних, обробку помилок виходу за діапазон і помилок розбору, спрацювання udev та роботу користувацького консольного інтерфейсу.

The purpose of the qualification thesis is to develop a Linux kernel software module for a non-standard Arduino-compatible sensor operating on the Raspberry Pi platform and providing data acquisition, processing, normalization, and system-level representation by means of Linux. The thesis analyzes Linux kernel drivers for embedded sensors, examines the specific features of software interaction between Linux and external sensors, and studies existing approaches to sensor support in Linux, including sysfs, udev, Industrial I/O, and Hardware Monitoring. The problem statement is formulated, the main requirements for the software module are defined, and the feasibility of creating a dedicated kernel module for a non-standard Arduino-compatible device is substantiated. The general structure of the designed module has been developed, and its operating algorithms and information support have been described. The composition of input and output data, service parameters, the logic of presenting metrics through sysfs, the rules of interaction with udev, as well as logging and diagnostic tools have been defined. The practical implementation was carried out in the C language in the form of a Linux kernel module supporting the sysfs attributes value, raw, status, error_code, last_update, and inject_raw. In addition, a udev rule, shell scripts for metric reading and testing, and a console user interface were implemented. The developed module was tested in the Debian Linux environment. The following were verified: module compilation, loading and unloading, creation of sysfs attributes, correctness of metric updates for valid input data, handling of out-of-range errors and parsing errors, udev triggering, and the operation of the console user interface.