QNX RTOS: 7-1. Hardware I/O

Hardware I/O 개요 정리 (QNX)

1) 기본 개념: 왜 매핑(mapping)이 필요한가?

• 프로세스는 항상 가상 주소 공간(virtual address space) 에서 실행됨
• 하드웨어 장치(device)는 물리 주소(physical address) 를 가짐
• 따라서 물리 주소 → 가상 주소로 매핑 해야 접근 가능
• 이 매핑을 위해 mmap() 사용

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2) 디바이스 메모리 접근 (Memory-mapped I/O)

2.1 mmap을 이용한 디바이스 메모리 매핑

예: 비디오 프레임버퍼, 장치 레지스터 등

필요 요소:

• size: 매핑할 메모리 크기
• protection bits:
  • PROT_READ
  • PROT_WRITE
• cache 설정:
  • 캐시 활성/비활성 여부
• flags:
  • MAP_PHYS
  • MAP_SHARED
• file descriptor:
  • NOFD (파일 기반 아님)
• offset:
  • 디바이스 물리 메모리 시작 주소

결과:

• mmap() → 가상 주소 포인터 반환
• 이후 해당 포인터로 장치 메모리에 접근

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3) DMA (Direct Memory Access)용 메모리

3.1 DMA 메모리 특징

• 물리적으로 연속된(contiguous) 메모리 필요
• 일반적인 가상 메모리는 연속 보장 ❌

3.2 DMA용 mmap 설정

• mmap() 사용
• flags:
  • MAP_PHYS
  • MAP_ANON (익명 메모리)
• offset: 0
• procnto(process manager)가
  → 물리 연속 메모리 할당

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4) 가상 주소 → 물리 주소 변환

mem_offset()

DMA 컨트롤러에 물리 주소 전달 시 필요

• 입력:
  • 가상 주소 포인터
  • 메모리 길이
• 출력:
  • 해당 가상 주소에 대응되는 물리 주소

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5) 하드웨어 제어 레지스터 접근

5.1 AArch64 (ARM64) 플랫폼

• 레지스터가 메모리처럼 매핑됨
• 접근 방식:
•  
  volatile uint32_t *reg; *reg = value;
• volatile 사용 이유
  • 컴파일러 최적화 방지
  • 실제 하드웨어 접근 보장

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6) procnto는 하드웨어 정보를 어떻게 아는가?

• 부팅 시 startup code가 하드웨어 정보 수집
• 해당 정보는 system page에 저장
• procnto는 system page를 통해
  • RAM vs Device 메모리 구분
  • 캐시 정책
  • 접근 권한 설정

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7) x86 I/O Port 방식 (레거시 방식)

7.1 x86 I/O Port 특징

• 일부 x86 장치는:
  • 메모리 맵 I/O ❌
  • I/O Port 주소 공간 사용
• 별도의 주소 라인 + 전용 어셈블리 명령 사용

7.2 QNX의 지원 방식

• QNX는 I/O Port 접근용 wrapper 함수 제공
• 헤더 파일:
•  
  <hw/inout.h>

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8) I/O Port 접근을 위한 권한 설정

ThreadCtl()

• I/O 포트 접근 전 스레드에 I/O 권한 부여 필요
• ThreadCtl() 사용

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9) I/O Port 읽기 / 쓰기 함수

읽기 (input)

• in8()
• in16()
• in32()

쓰기 (output)

• out8()
• out16()
• out32()

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10) 전체 흐름 요약 (한 줄 정리)

QNX에서 하드웨어 I/O는 mmap을 이용한 물리 메모리 매핑, DMA용 물리 연속 메모리 할당, volatile 기반 레지스터 접근, 그리고 필요 시 I/O Port + ThreadCtl 권한 설정을 통해 수행된다.