=Paper=
{{Paper
|id=Vol-2201/UYMS_YMO_2018_paper_64
|storemode=property
|title=Aygit Agaci Yazilimlarinin Modellenmesi(Modeling Device Tree Software)
|pdfUrl=https://ceur-ws.org/Vol-2201/UYMS_YMO_2018_paper_64.pdf
|volume=Vol-2201
|authors=Sadik Arslan,Geylani Kardas
}}
==Aygit Agaci Yazilimlarinin Modellenmesi(Modeling Device Tree Software)==
https://ceur-ws.org/Vol-2201/UYMS_YMO_2018_paper_64.pdf
Aygıt Ağacı Yazılımlarının Modellenmesi
Sadık Arslan1,2 ve Geylani Kardaş2
1
Kent Kart Ar-Ge Merkezi, Kent Kart Ege Elektronik A.Ş., İzmir, Türkiye
2
Ege Üniversitesi, Uluslararası Bilgisayar Enstitüsü, İzmir, Türkiye
sadik.arslan@kentkart.com.tr, geylani.kardas@ege.edu.tr
Özet. Aygıt Ağacı (DT) dosyaları çeşitli gömülü sistem donanımları içindeki
fiziksel aygıtların ve çevre birimlerinin tanımlanmasını ve yapılandırmasını
sağlar. Ancak, DT kaynak dosyalarının bilinen genel amaçlı programlama
dillerinden farklı bir yapıya ve karmaşık bir sözdizimine sahip olması ve
geliştiricilerin bu dosyaların hazırlanması için farklı mikroişlemcilere özgü
donanımların detaylarını bilmesi gerekliliği DT uygulamalarının geliştirilmesini
zorlaştırmaktadır. DT yazılım geliştirme süreçlerinin bu zorluklarını ortadan
kaldırmak amacıyla, bu bildiride farklı gömülü sistem platformları için DT
yazılımlarının model güdümlü geliştirilmesine ve bu yazılımların otomatik
yapılandırılmasına imkân verecek bir üstmodel tanıtılmaktadır. Bu üstmodelin
içerdiği DT yazılımı bakış açıları bildiride anlatılmış ve bu bakış açılarına göre
DT yazılımlarının görsel olarak bir araç desteği ile nasıl modellenebileceği bir
durum çalışması üzerinden örneklendirilmiştir.
Anahtar Kelimeler: Model-Güdümlü Yazılım Geliştirme, Üstmodel, Aygıt
Ağacı, Gömülü Yazılım.
Modeling Device Tree Software
Abstract. Device Tree (DT) files support the description and the configuration
of physical devices and peripherals inside the hardware of embedded systems.
However, software developers encounter difficulties while developing such DT
applications due to the structure and the syntax of DT source files which are
complex and different from the well-known general purpose programming lan-
guages. Furthermore, the developers also need to be familiar with the hardware
specifications of each different microprocessor to prepare such DT files. In or-
der to eliminate these difficulties of current DT software development process-
es, a metamodel, which may provide model-driven generation and automatic
configuration of DT software for different embedded system platforms, is intro-
duced in this paper. Modeling viewpoints of this metamodel are described and
modeling DT software visually by using these viewpoints is exemplified with a
case study.
Keywords: Model-Driven Software Development, Metamodel, Device Tree,
Embedded Software.
1 Giriş
Bir Aygıt Ağacı (DT), gömülü sistem donanımının fiziksel aygıt bileşenlerinin
düğümlerle tanımlanmasını sağlayan bir veri yapısıdır [1]. "Open Firmware" ve
"Power Architecture Platform Requirements" gibi standartlar dâhilinde kullanılan DT,
gömülü sistemdeki donanım bileşenlerinin eksiksiz bir teknik tanımını sağlamaktadır
[2]. Bir işletim sistemi çekirdeği derlendikten sonra, farklı donanım yapılandırmaları
için düzenlenmiş, farklı ağaç yapılarına sahip, büyük işlemci aileleri için destekleri
içermektedir. Birçok şirket çok sayıda mikro işlemci ürününe sahiptir. Yonga Üstü
Sistem (SoC) platformlarında farklı sistemler için işletim sistemi dağıtımlarının
sürekli yayınlandığı da göz önüne alındığında bu mikro işlemci ürünlerinde DT
kullanımı giderek önem kazanmaktadır. DT dosya desteğinin bulunmadığı
durumlarda saat sinyali frekansı, bacak adı ve kesmeler gibi donanım bilgilerini
değiştirmek için işletim sistemi çekirdek kodunun tekrar tekrar değiştirilmesi gerekir.
Bu sürecin hem bakım maliyeti yüksektir hem de uzun zaman almaktadır. DT
kullanımı bu süreci kolaylaştırmaktadır.
İşletim sistemi çekirdeğinde bulunan donanım özellikleri, derlenmiş bir aygıt ağacı
yapısına dönüştürülür ve çekirdekten dışa aktarılır. Çekirdek derlendiğinde, donanım
sisteminin özellikleri hariç tutulur ve genel amaçlı bir işletim sistemi çekirdeği elde
edilir. Ancak, DT’yi özellikle çok sayıda farklı mikroişlemci mimarisinde çalışacak
sistemlerin geliştirilmesinde uygulamak zordur. DT kaynak dosyalarının bilinen genel
amaçlı programlama dillerinden farklı bir yapıya ve karmaşık bir sözdizimine sahip
olması ve geliştiricilerin hem bu farklı DT sözdizimini öğrenmesi hem de bu
dosyaların hazırlanması için farklı mikroişlemcilere özgü donanımların detaylarını
bilmesi gerekliliği DT uygulamalarının geliştirilmesini zorlaştırmaktadır. Üstelik DT
çalışmaları için kullanılacak her yeni platforma özel metin dosyasının ayrı olarak ve
en baştan hazırlanması gerekmektedir. Farklı mikroişlemci mimarileri için DT
bileşenlerinin kodlanması ve yapılandırılması, birçok geliştirici için zahmetli ve
zaman alıcıdır.
Yukarıda belirtilen DT yazılımı geliştirme süreci zorlukları model-güdümlü
geliştirme teknikleri uygulanarak azaltılabilir. Bu amaçla DT yazılımlarının
modellenmesinde kullanılacak bir üstmodel ve içerdiği bakış açıları bu bildiride
tanıtılmaktadır. Bir DT organizasyonunun tüm yönlerini kapsayan bu üstmodele
dayalı bir görsel sözdizim oluşturularak gömülü sistem DT yazılımlarının uluslararası
"Devicetree" tanımı ve standardına [2] uygun olarak geliştirilmesi sağlanmaktadır.
DT'lerin Model-Güdümlü Mühendislik’e (ing. Model-Driven Engineering) (MDE) [3]
dayalı geliştirilmesi sırasında grafiksel araçların nasıl kullanılabileceği de bu
çalışmada gösterilmiştir.
Bildirinin 2. bölümünde, DT yapısı hakkında kısaca bilgi verilmiştir. DT üstmodeli
3. bölümde anlatılmıştır. Bölüm 4’te, önerilen DT üstmodeline dayalı bir görsel somut
sözdizim tanıtılmaktadır. Bölüm 5’te, geliştirilen bu sözdizimin kullanılmasını
örnekleyen bir durum çalışması verilmiştir. Bölüm 6’da, ilgili literatürdeki önceki
çalışmalar anlatılmaktadır. Son bölümde sonuçlar ve ileriye yönelik çalışma önerileri
yer almaktadır.
2 Aygıt Ağacı Yapısı
Genellikle Linux işletim sistemi çekirdeği ile kullanılan DT, Acorn RISC Machine
(ARM), x86, MicroBlaze, PowerPC ve SPARC işlemci mimarileri ile
çalışabilmektedir. DT, donanım konfigürasyonunu açıklayan bir veri yapısıdır. Bu
yapı, çalışılan gömülü sistemin işlemcisi, belleği, veri yolları ve çevre birimleri gibi
birçok bölüm hakkında bilgi içerir. İşletim sistemi, önyükleme sırasında DT yapısını
ayrıştırır ve mikroişlemciyi nasıl yapılandıracağını burada belirler. Ayrıca yüklenecek
aygıt sürücüleri hakkında kararlar almak için DT yapısı kullanılır.
DT yapısı, “/” karakteri ile gösterilen, kök olarak adlandırılan bir düğümle
başlamaktadır. DT’de her düğümden çok sayıda bulunan ve ismi ve numarası olabilen
çocuk düğümler oluşturulabilmektedir. Düğümler isteğe göre, ek veri içeren nitelik
değerlerini saklamaktadırlar. DT yapısı, IEEE 1275-1994 standardı tarafından daha
önceden belirlenmiş kurallara uygun olarak tasarlanmaktadır. DT yapısında, genel bir
ağaç yapısına bezer bir ebeveyn ve çocuk düğümleri vardır. Örnek olarak, basit bir
kök düğümü ve alt düğümleri içeren DT dosyası Şekil 1'de görülebilir. Gerçek bir
gömülü sistem uygulamasına ait DT dosyaları Şekil 1’deki metinsel yapıya sahip
olmakla birlikte Evrensel Dizisel Veriyolu (USB), Evrensel Eşzamansız Alıcı-Verici
(UART), Seri Çevresel Arayüz (SPI) gibi birçok farklı arayüzün ve özelliğin
ayarlanması için manuel olarak hazırlanması gereken yüzlerce satır koddan
oluşmaktadır.
01 / { // kök düğümü
02 bir-nitelik; //bir donanım özelliği
03 bir-cocuk-dugum { //ilk çocuk düğüm
04 dizi-niteligi = <0x10 53>;
05 yazi-niteligi = "merhaba, dunya";
06 };
07 diger-cocuk-dugum { //diğer çocuk düğüm
08 binary-nitelik = [0221ALI];
09 yazi-listesi = "evet","hayir","belki";
10 };
11 };
Şekil 1. DT yapısı örneği
3 DT Üstmodeli
DT yazılımlarının modellenmesini sağlayacak üstmodel [2]’de yer alan DT
tanımlamaları göz önünde bulundurularak oluşturulmuştur. Üstmodel hem DT
standartlarındaki elemanların ilişkilerini yansıtabilmek hem de kolay anlaşılmayı ve
verimli kullanımı sağlamak amacıyla beş farklı bakış açısına (ing. viewpoint)
bölünmüştür. Bunlar Core, SoC, Aips_Bus, Spba_Bus ve Peripheral olarak
isimlendirilmişlerdir. Toplamda 60’tan fazla DT bileşeni ve bunların ilişkilerini içeren
üstmodelin bakış açıları aşağıdaki altbölümlerde anlatılmaktadır. Ancak bildirideki
yer kısıtları nedeniyle sadece Core bakış açısının Eclipse Ecore ile encode edilmiş
haline ait diyagram Şekil 2’de verilebilmiştir. Diğer üstmodel bakış açıları metinsel
olarak anlatılmaktadır. Anlatım sırasında üstmodele ait varlıklar orijinal
tanımlarındaki İngilizce isimleri ile metinde geçmektedir. Normal metinden
ayrılmaları için eğik olarak yazılmışlardır.
3.1 Core Bakış Açısı
Core bakış açısının tüm üst-varlıkları (ing. meta-entity) DT standartlarında
tanımlanan düğümlerdir. root elemanı, tüm sistemin türetildiği temel düğümdür. root
kendinden türetilen diğer üst-varlıklarla has-a ilişkisi içindedir. Gömülü sistemin
işlemci ve belleği bu bakış açısında tanımlanmıştır. Çok çekirdekli işlemcilerde, her
çekirdek birimi için gerekli türevler cpus elemanından yapılır. Ek olarak, herhangi bir
donanım ilişkisine sahip olmayan aliases ve chosen üst-varlıkları burada
bulunmaktadır. Bu üst-varlıklar, tüm DT yapısında kullanılacak kısaltmalar,
tanımlamalar ve önyükleme parametre geçişlerini sağlarlar. Şekil 2, geliştirilen
üstmodelin Core bakış açısını göstermektedir. Üstmodel varlıkları sarı dikdörtgenlerle
gösterilmiştir. “<<” ve “>>” diğer bakış açıları ile olan ilişkileri göstermektedir. Bu
unsurlar bakış açıları arasında ortak unsurlardır ve bakış açıları arasındaki geçişleri
sağlarlar. Örneğin, Core bakış açısında bulunan SoC üst-varlığı <>'ten gelmektedir. Bu gösterim Şekil 2’de sağ tarafta görülebilmektedir.
Şekil 2. DT Core bakış açısı
3.2 SoC Bakış Açısı
Bu bakış açısı, gömülü sistemlerde SoC entegre devrelerinin özelliklerine yönelik
desteği içermektedir. İlgili bakış açısındaki tanımlamalar kullanılarak ses, görüntü ve
zamanlayıcı gibi birçok SoC özelliğinin parametre ayarları modellenebilir. Burada,
soc ve interrupt_controller adlı iki temel üst-varlık vardır. Bu üst-varlıklar, root
elemanı ile sahiplik ilişkisi içerisindedir. aips_bus, ipu, gpmi_nand, timer, l2_cache,
pcie, hdmi_core, hdmi_video, hdmi_audio, hdmi_cec ve gpu üst-varlıkları, soc üst-
varlığından türetilmiştir. interrupt_controller üst-varlığı, gömülü sistemdeki tüm
kesmelerin üretilmesini ve ayarlanmasını yönetir. Ayrıca, soc üst-varlığında
interrupt_controller’dan bir parametre kullanılmaktadır. Bu iki üst-varlık arasında
interrupt_parent_for_soc ilişkisi mevcuttur. soc üst-varlığının kesme ebeveyni
interrupt_controller’dır.
3.3 Aips_Bus Bakış Açısı
Düşük bant genişliğine sahip SoC çevresel bileşenleri, gömülü sistemlerde Aips Bus
arayüzü üzerinden SoC birimleri ile iletişim kurmaktadırlar. Aips_Bus bakış açısı ve
üst-varlığı, soc’dan türetilmiştir. Bu üstmodel elemanından birçok başka eleman
üretilebilir. Gömülü bir sistemde caam, iomuxc, ldb, usb, fec, i2c, uart, pwm, flexcan,
gpio, wdog, clks, usbphy ve spba_bus gibi elemanlar, SoC uyumluluğu ile aips_bus
üst-varlığından üretilebilirler. Bu özellikler sistemde mevcutsa, bu üstelemanların
örnekleri hazırlanan sistem modelinde kullanılırlar. Kriptografik Hızlanma ve
Güvence Modülü (caam) ve caam'dan üretilen diğer üst-varlıklar interrupt_controller
ile interrupt_parent ilişkilerinde bulunur.
3.4 Spba_Bus Bakış Açısı
Gömülü sistemlerde, paylaşılan bazı harici birimlerle iletişim kurmak için Paylaşımlı
Çevresel Hat Arayüzü (SPBA) veriyolu kullanılır. Bu arabirim Akıllı Doğrudan
Bellek Erişimi (SDMA) çekirdeği ve çevre birimleri arasında iletişim kurar. DT
yapısında bu iletişim için birçok farklı alt birim kullanılmaktadır. Üstmodelde
bulunan spba_bus, aips_bus üst-varlığından üretilir. spdif, esai, ssi ve ecspi gibi dijital
ses çıkışı ve ses birimleri spba_bus üst-varlığından üretilebilir. Bu elemanlar sistemin
yapısına bağlı olarak birden fazla olabilirler.
3.5 Peripheral Bakış Açısı
SoC entegre devresinde olmayan ve SoC'a dışarıdan bağlı üniteler üstmodelin
Peripheral bakış açısında bulunur. Bu bakış açısında, farklı ses ve video
dönüştürücüleri gibi entegre devre çevre birimleri tanımlanmıştır. Bu elemanlar
doğrudan Core bakış açısındaki root üst-varlığından üretilir. Bu bakış açısındaki
birimler, benzer isimlere sahip olsalar bile, SoC'ta bulunmayan çevresel birimleri
temsil eder. clocks üst-varlığı elemanı, SoC entegre devresine bağlı saat sinyallerinin
bilgilerinin girildiği bölümdür. Gömülü sistem herhangi bir bataryadan besleniyorsa,
battery üst-varlığı kullanılır. Sistemde açma/kapama düğmeleri gibi düğmeler varsa
gpio_keys kullanılır. Her yeni özel düğme gpio_keys’den oluşturulur. Sisteme harici
olarak eklenebilen SPDIF ve HDMI dönüştürücüleri için sırasıyla sound_spdif ve
sound_hdmi üst-varlıları üstmodele dahil edilmiştir. Sistemde bulunan Kırmızı Yeşil
Mavi (RGB) LCD'ler için bir LCD üst-varlığı oluşturulmuştur. LCD'lerin arka ışığını
ayarlamak için, backlight üst-varlığı DT yapısında bulunmaktadır.
4 DT Modelleme için bir Somut Sözdizim
Bir önceki bölümde tanıtılan DT üstmodeli DT yazılımlarının MDE’sinde
kullanılabilecek bir görsel modelleme dilinin soyut sözdizimi olarak kabul edilebilir.
Bu soyut sözdizime karşılık gelen ve bu sözdizimdeki kavramlar ve bunların örnek
modeller üzerindeki temsilleri arasında bir haritalama sağlayan görsel bir somut
sözdizim bu bölümde tanıtılmaktadır.
DT görsel modelleme somut sözdizimini oluşturmak ve bu sözdizime dayalı olarak
DT yazılımlarının grafiksel modellenmesine imkan verecek MDE aracını oluşturmak
için bu çalışmada Sirius platformu [4] kullanılmıştır. Sirius, Eclipse modelleme
teknolojilerini kullanarak grafik modelleme ortamını kolayca oluşturmaya olanak
tanımaktadır. Sirius ile oluşturulan bir modelleme ortamı, kullanıcıların Eclipse Ecore
modelleri oluşturmasına, düzenlemesine ve görüntülemesine izin veren Eclipse
editörlerinden oluşur. Editörler, modelleme ortamının bütün yapısını, davranışlarını,
tüm baskı ve navigasyon araçlarını tanımlayan bir model ile tanımlanır. Bir Sirius
modelleme ortamının tanımı, Eclipse IDE içinde dinamik olarak yorumlanır.
Sağladığı bu özellikler nedeniyle çalışmada altyapı olarak Sirius’un kullanılması
tercih edilmiştir.
Somut sözdizimi geliştirmek için ilk olarak, DT üstmodelindeki üst-varlıklar
(kavramlar) için grafiksel gösterimler belirlenmiştir. Düğümleri Ecore dosyasındaki
alan kavramlarına bağlamak için yine Sirius aracı kullanılmıştır. Tablo 1’de DT
üstmodelinin Core bakış açısındaki üst-varlıkların grafiksel gösterimleri
bulunmaktadır. Yine yer kısıtları nedeniyle diğer bakış açılarına ait gösterimler
burada verilememiştir.
Tablo 1. Core bakış açısı için somut sözdizim kavramları ve gösterimleri
Kavram Gösterim Kavram Gösterim
Root Cpu
Chosen Memory
Aliases Soc
Cpus
Görsel diyagramlarda kolayca eleman ve ilişkileri göstermek amacıyla Ecore
modelleri geliştirme sürecinde kullanılmaktadır. Bu işlem sırasında, semboller hem
paletler hem de şekiller için ayarlanır. Bunu sağlamak için simge geometrisi Sirius
içerisinde tanımlanmış ve bazı kısıtlama kontrolleri dikkate alınmıştır. Ortaya çıkan
yapı, geliştiricilerin DT somut sözdizimiyle eşleşen gerekli bakış açılarının her biri
için modeller tasarlayabilecekleri bir görsel modelleme aracıdır. Araç modelleme
işlemi sırasında bazı kısıt kontrollerini otomatik olarak sağlamaktadır. Böylece DT
üstmodelinin tanımlamalarına ve semantiğine tam uyumlu yazılım modelleri
oluşturulabilmektedir. İlgili kontroller ve model doğrulama kuralları aşağıdadır:
Model Kısıtlamaları: Ecore ile kodlanan DT üstmodelinden gelen kısıtlamalar,
tüm bakış açılarındaki örnek modeller için sağlanmıştır. Bu kısıtlamalar aşağıdadır:
Bölme kısıtlamaları: DT üstmodelinde üst-varlıklar arasındaki bileşimsel ilişkiler
kontrol edilmektedir. Örneğin, Core bakış açısındaki root üst-varlığından memory ve
battery üretilebilir. Ancak, bu ilişkinin bulunamayacağı varlıklarda bu gerçekleşmez.
İlişki sayısı kısıtlamaları: Örnek modeldeki elemanlar arasındaki ilişkilerin sayısı
bire bir, bire çok, çoktan çoğa ilişkilere bağlı olarak kontrol edilir. Örneğin, root üst-
varlığından sadece bir cpus elemanı türetilebilir. Ancak cpu öğelerinin sayısı
konfigürasyona bağlı olarak daha yüksek olabilir.
İlişki kaynağı ve hedef kısıtı: İlişkinin yönü ilişkinin kaynağını ve hedefini
tanımlar. İlgili kısıtlama Ecore seviyesinde belirlenmiştir. Örneğin, root ve battery
arasındaki ilişkinin yönünün değiştirilmesine modelleme sırasında izin verilmez.
Grafiksel Araç Kısıtlamaları: Üstmodel kısıtlamalarına ek olarak, DT yazılım
modeli oluştururken kullanıcıya tasarımda yardımcı olan editöre bağlı bazı
kısıtlamalar vardır. Bunlar:
Bakış açıları arasında geçiş: Bu kısıtlama, farklı bakış açılarının editörleri
arasında geçiş sağlayarak sistemin birliğini tesis etmektedir. Bu yapı sistemin adım
adım oluşturulmasını sağlar. Araç, diyagram dosyaları oluştururken oldukça esnektir.
Bir kullanıcı talebi durumunda, bakış açısı şemalarını ayrı ayrı oluşturmak
mümkündür. Örneğin, kullanıcı Core diyagramını tasarlamadan SoC diyagramı
tasarlayabilir.
Birleşim: Bu özellik tüm üst-varlıklar için sistemde birleştirme sağlar. Editör
diyagramları bakış açılarına dayanmaktadır. Öte yandan, sistem üstmodeli bir bütün
model olarak düşünülmelidir. Örnek olarak, Core bakış açısı düzenleyicisinde
oluşturulan bir root verilebilir. Bu root Peripheral bakış açısında da kullanılmalıdır.
DT modelleme aracımız, eğer bakış açısı yapılarında tanımlanmışsa, bu elemanı
Peripheral’a da ekler. Öğeler, diyagramlarda gerektiğinde paletlerden sürükleyip
bırakılarak kullanılabilir.
İlişki-varlık bütünlüğü: Aracın bu kısıtlamasına göre, herhangi bir örnek modelde
oluşturulan bir DT varlığı kaldırıldığında, bu varlığın dahil olduğu tüm ilişkiler de
modelden kaldırılacaktır. Bu, tüm modelin bütünlüğünün korunmasını ve modelin bu
değişikliklerden sonra tutarlı olmasını sağlamaktadır.
Doğrulama Kuralları: Yukarıda açıklanan kısıtlamaların ve özelliklerin yanı sıra
Sirius tabanlı görsel DT modelleme aracı üzerinde doğrulama kuralları
tanımlanmıştır. Örneğin, bazı üst-varlık örneklerinin (ing. instance) mutlaka
diyagramlarda bulunması gerekiyorsa bunlar için doğrulama kuralları araç içerisinde
mevcuttur ve bunlar modelleme sırasında otomatik olarak kontrol edilir. Sunulan
"Validate Diagram" işlemi, DT görünüm noktalarına göre hazırlanmış olan DT
şemalarında gerçekleştirildiğinde, hata mesajları bu kurallara göre görüntülenir. Tüm
DT üstmodel bakış açıları için toplam 23 adet kural tanımlanmıştır. Bu doğrulama
kurallarının işletimi bir sonraki bölümde örneklendirilmiştir.
5 Durum Çalışması
Hazırlanan DT üstmodelinin ve bu üstmodele göre modellemeye imkan veren görsel
modelleme aracının kullanımını örneklemek amacıyla bu bölümde toplu taşıma
araçlarında kullanılan bir ağ video kayıt cihazı için DT yapısının geliştirilmesi göz
önüne alınacaktır. Cihazda Linux işletim sistemi bulunmaktadır. Bu cihaz, ARM
i.MX53 serisi bir mikro işlemciye sahiptir. Cihaz ayrıca 1GB ana bellek ve 512MB
depolama ünitesine sahiptir. Örneği basit tutmak amacıyla cihazda ekran veya
dokunmatik ekran ihtiyacının bulunmadığı varsayılmaktadır. Ayrıca ses ve video
çalıştırmaya ait çevresellerin kullanılması da göz önüne alınmamıştır. İletişim için
RS232, RS485, USB ve Ethernet arayüzleri kullanılmaktadır. Cihazda ayrıca ivme
ölçer, sadece okunur bellek ve sıcaklık sensörü mevcuttur. Bu birimler Entegre-Arası
Devre (I2C) arayüzü ile kontrol edilir. Cihaz, GPS modülüne sahiptir. Böylece
küresel konumlandırma bir Evrensel Asenkron Alıcı/Verici (UART) arayüzü ile elde
edilebilir. USB üzerinden dış dünya ile iletişim sağlamak için bir GSM modülü
kullanılır. Wifi modülü, cihazda İnternet bağlantısı sağlamaktadır.
5.1 Cihaz İçin Sistem Modellemesi
Cihaza ait DT’nin Bölüm 3’te tanıtılan üstmodelin farklı tüm bakış açılarına göre
modelleri görsel modelleme aracı kullanılarak oluşturulmuştur. Örneğin Şekil 3’te
cihazın DT üstmodeli Core bakış açısına göre kısmi modeli görülmektedir. Hazırlanan
görsel modelleme aracında hangi bakış açısına göre modelleme yapılacaksa o bakış
açısının içerdiği üst-varlıkların görsel notasyonunu sunan ve sürükle-bırak ile model
üzerine eleman taşınabilecek bir modelleme paleti aracın sağ tarafında kullanıcıya
gösterilmektedir. Örneğin yine Şekil 3’te sağ tarafta şu an Core bakış açısına göre
modelleme yapıldığından sadece bu bakış açısına ait elemanların yer aldığı palet
bulunmaktadır. Ayrıca farklı bakış açıları için ortak elemanlara ait örneklerin bir
bakış açısı modelinde oluşturulması durumunda bu örneğin diğer bakış açılarına da
eklenmesi otomatik olarak gerçekleştirilmektedir. Örneğin, soc sembolü hem Core
hem de Soc bakış açılarında bulunur. Bu nedenle, Core bakış açısı diyagramında
oluşturulan soc düğümü, otomatik olarak Soc diyagramına da eklenir. Böylece
modelin bakış açıları arasındaki tutarlılık sağlanır.
Şekil 3’te görüldüğü üzere video kayıt cihazının DT Core bakış açısı için root
düğümü oluşturulmuş ve DT yapısı için zorunlu olan memory, chosen ve aliases
düğümleri eklenmiştir. Cihazda tek çekirdekli işlemci olduğu için cpus düğümünde 1
adet cpu düğüm oluşturulmuştur. Ayrıca, entegre özellikleri üzerine sistemin
oluşturulacağı soc düğümü modele dahil edilmiştir.
Şekil 3. Core bakış açısı için görsel modelleme
Cihazın entegre özellikleri ile ilgili olarak Soc bakış açısında birçok model elemanı
tanımlanmıştır. Cihazın kesme ve haberleşme birimleri için tzic ve aips düğümleri
oluşturulmuştur. Aips_Bus bakış açısında cihaza ait 2 adet Aips_Bus hattı (aips1 ve
aips2) tüm özellikleri ile birlikte modellenmiştir. Spba_Bus bakış açısı için 3 ssi ve 3
ecspi düğümleri oluşturulmuş; SPI iletişim hatları için parametre girişlerinin yapıldığı
ecspi1~2 örnekleri modele dâhil edilmiştir. Peripheral bakış açısı kapsamında pil
desteği için battery, harici düğme için gpio-keys düğümleri modele eklenmiştir. Core
bakış açısı haricinde yukarıda belirtilen bakış açılarına ait alt modeller ve bunların
anlatımları yer kısıtları nedeniyle bu bildiride yer almamaktadır.
5.2 Modellenen Sistemin Doğrulanması
DT modelleri oluşturulurken hazırlanan araç içerisinde 4. bölümde anlatılan kısıtların
kontrolleri yapılmakta ve bir dizi doğrulama işlemleri yine araç tarafından otomatik
olarak yerine getirilmektedir. Araçta doğrulama işlemi için daha önce de belirtildiği
gibi "Validate Diagram" seçimi vardır. Bu seçim yapıldıktan sonra DT üstmodel
tanımlamalarına ve statik semantik kurallarına aykırı durumlar varsa yazılım
geliştiriciye hata mesajları ile bildirilir. Örneğin Şekil 4’te Core bakış açısına göre ağ
video kayıt cihazı modellemesi sırasında alınan bir hata görülebilmektedir. DT
üstmodeli Core_5 kuralına göre, Core diyagramda mutlaka soc düğümünün olması
gerekmektedir. Araç bu model elemanının eksikliğini belirlemiştir ve bu durum
yazılım geliştiriciye bildirilmektedir. Model tasarımları ancak tüm bu hatalar
düzeltildikten sonra tamamlanabilmektedir.
Şekil 4. Araç içerisinde bir DT model doğrulama örneği
6 İlgili Çalışmalar
Literatürdeki çalışmalar incelendiğinde, donanım sürücülerinin ve/veya kod
üretiminin MDE kapsamında gerçekleştirilmesine yönelik bazı öneriler olduğu, ancak
bunların DT içeren yazılımlarının oluşturulmasını dikkate almadıkları görülmektedir.
[5]’teki çalışmada, Linux çekirdeği, sürücü ve "Makefile" dosyalarının üretildiği ve
tasarımda model-güdümlü tekniklerin kullanıldığı belirtilmiştir. Bununla birlikte,
önerilen sistem DT ve DT yazılımlarını içermemektedir. Aynı ekibinin başka bir
çalışmasında modele dayalı sürücü üretimi yapılmış, ancak DT yazılımları
kullanılmamıştır [6]. Başka bir çalışmada [7], sürücü kodları "Bluespec Codesign"
adlı dil kullanılarak üretilmiştir; ancak önerilen yöntem yine DT yapısını içermemekte
ve tek bir özel platform için MDE desteğini sağlamaktadır. Bizim çalışmamızda
önerilen yöntem ile farklı mikroişlemci mimarileri için DT yazılımının geliştirilmesi
mümkündür. [8]’de Unix benzeri sistemler için DT içermeyen sürücü kodları
üretilmektedir. MOPCOM [9] adlı yöntem gömülü sistemler için UML modellerini
oluşturma kurallarını tanımlamaktadır. Bu yöntemde soyut model, çalışma modeli ve
ayrıntılı modelleme düzeyleri tanımlanmıştır. Çalışmanın MDE yaklaşımı, DT yapısı
ve ilişkili yazılım geliştirme sürecini desteklememekle birlikte, soyutlama düzeyleri
ve uygulaması bizim çalışmamıza benzemektedir.
DT yazılım geliştirme çalışmaları dikkate alındığında, [10]’da, DT yazılımında
düğüm tipleri, hiyerarşisi, sözdizimi konuları anlatılmış ve bir platformda DT'nin
kullanımına ilişkin deneysel bir çalışma yapılmıştır. Buna ek olarak, bir sanal makine
ve Çevresel Birim Arabağlantı (PCI) arayüzlerinin oluşturulmasında DT'nin
kullanımını açıklayan çalışmalar [11, 12] vardır. Ancak bu çalışmaların hiçbiri DT
yazılımı modellemeyi içermemektedir. [13]’te DT, Alan Programlanabilir Kapı
Dizileri (FPGA) tasarımında belirtilmiş olmasına rağmen, modelleme ve/veya
otomatik üretim için bir yaklaşım yoktur. Bir DT derleyicisinin, "Altera SoC EDS"
[14] adlı bir üründe kullanıldığı görülmüştür ancak üretim yalnızca Linux'un tek bir
çekirdek sürümü için mümkündür ve bizim çalışmamızda hedeflenen farklı
platformları destekleyen genel bir yapıya sahip değildir. [15]’teki çalışmada, donanım
sürücü kodu oluşturmak için IEEE 1685-2014 IPXACT standardını [16] kullanan
gömülü sistemler için bir yöntem önerilmiştir. DT üretiminin de yapıldığına
değinilmiştir ancak yöntem, kapsam ve deneysel sonuç bölümlerinde DT üretimi ile
ilgili bilgi elde edilememiştir. Üstelik bu çalışmadaki DT desteği, bizim önerdiğimiz
modelleme süreci ile karşılaştırıldığında oldukça sınırlıdır. Bizim çalışmamızda,
[15]’te desteklenmeyen USB, SPI, I2C gibi birçok farklı arayüz için bileşenlerin
modele dayalı geliştirilmesi dikkate alınmıştır. Son olarak, [17]‘de, gömülü bir sistem
platformu için DT yazılımlarının nasıl geliştirilebileceği anlatılmış; model-güdümlü
DT geliştirme ihtiyacı vurgulanmıştır.
7 Sonuç ve İleriye Yönelik Çalışmalar
Gömülü sistemlerde kullanılan DT yazılımlarının geliştirilmesi için bir üstmodel bu
bildiride tanıtılmıştır. Üstmodel, DT yazılımlarında ihtiyaç duyulan tüm üst-varlıkları
ve ilişkilerini çeşitli aygıt bakış açıları bünyesinde içermektedir. Üstmodelin
kullanımı ile uluslararası “Devicetree” standartlarına göre DT yazılımlarının
geliştirilmesi mümkündür. Üstmodel DT modellemede kullanılabilecek bir görsel
modelleme ortamı için de somut sözdizimin oluşturulmasına imkân vermiştir. Eclipse
tabanlı bir modelleme aracı içerisinde bu üstmodel ve sözdizim kullanılarak gömülü
sistem yazılımları için DT modellemesi yapılabilmektedir. İlgili literatür göz önüne
alındığında bu bildiride tanıtılan çalışmanın farklı mikroişlemci mimarisine sahip
sistemler için DT yazılımlarının modellenmesine yönelik ilk çaba olduğu
görülmektedir.
Bu bildiride tanıtılan üstmodel ve sözdizimler kullanılarak şu an DT yazılımlarının
modellenmesini ve otomatik üretilmesini sağlayacak tam teşekküllü bir alana-özgü
modelleme dilinin (DSML) geliştirilmesi çalışmaları devam etmektedir. Bu DSML
için DT modellerinden Şekil 1’de örneklenen metinsel gösterime uygun bir şekilde
gömülü sistem DT yazılımı ve konfigürasyonlarını otomatik üretecek bir işletimsel
semantik yapısı üzerinde çalışılmaktadır. Eclipse üzerinde Acceleo açık-kaynaklı kod
üreticisi kullanılarak bu semantiğin oluşturulmasına başlanmıştır. Ayrıca geliştirilecek
DSML’in çeşitli endüstriyel uygulamalarda kullanımını içeren deneysel çalışmaların
farklı gömülü sistem uygulaması geliştiren firmalarda yapılması ve dilin nitekliksel ve
niceliksel değerlendirmelerin tamamlanması hedeflenmektedir.
Teşekkür
Bu çalışma TÜBİTAK ARDEB-EEEAG tarafından desteklenen 117E553 no’lu
“Aygıt Ağacı Yazılımlarının Farklı Gömülü Sistem Platformları için Model Güdümlü
Geliştirilmesi” başlıklı proje kapsamında gerçekleştirilmiştir.
Kaynaklar
1. Petazonni, T.: Device Tree, https://events.linuxfoundation.org/sites/events/files
/slides/petazzoni-device-tree.pdf, last accessed 2018/06/12.
2. Devicetree Community, The Devicetree Specification, https://www.devicetree.org/, last
accessed 2018/06/12.
3. Brambilla, M., Cabot, J., Wimmer, M.: Model-Driven Software Engineering in Practice:
Second Edition. Morgan & Claypool Publishers (2017)
4. The Eclipse Sirius Modelling Project, 2013, http://www.eclipse.org/sirius/, last accessed
2018/06/12.
5. Chen, H., Godet-Bar, G., Rousseau, F., Petrot, F.: Me3D: A model-driven methodology
expediting embedded device driver development. In proceedings of 22th IEEE Internation-
al Symposium on Rapid System Prototyping, 171-177 (2011).
6. Chen, H., Godet-Bar, G., Rousseau, F., Petrot, F.: Device driver generation targeting mul-
tiple operating systems using a model-driven methodology. In proceedings of 25th IEEE
International Symposium on Rapid System Prototyping, 30-36 (2014).
7. King, M., Dave, N., Arvind: Automatic generation of hardware/software interfaces. ACM
SIGPLAN Notices 47(4): 325-336 (2012).
8. Katayama, T., Saisho, K., and Fukuda, A.: Prototype of the device driver generation sys-
tem for UNIX-like operating systems, In proceedings of the International Symposium on
Principles of Software Evolution (2000).
9. Lecomte, S., Guillouard, S., Moy, M., Leray, P. and Soulard, P.: A co-design methodology
based on model driven architecture for real time embedded systems. Mathematical and
Computer Modelling 53(3-4), 471-484 (2011).
10. Likely, G. and Boyer, J.: A Symphony of Flavours: Using the device tree to describe em-
bedded hardware. In proceedings of 2008 Linux Symposium, Volume Two, pp. 27-37
(2008).
11. Nikkel, B.: NVM express drives and digital forensics. Digital Investigation 16, 38-45
(2016).
12. Devigne, C., Brejon, J.-B., Meunier, Q., L., Wajsbürt, F.: Executing secured virtual ma-
chines within a manycore architecture. Microprocessors and Microsystems 48, 21-35
(2017).
13. Nicolescu, G. and Mosterman, P. J.: Model-based Design for Embedded Systems. Taylor
& Francis Group, USA (2010).
14. Rocketboards: Golden System Reference Design (GSRD), https://rocketboards.org/
foswiki/view/Documentation/DeviceTreeGenerator, last accessed 2018/06/12.
15. Jassi, M., Sharif, U., Müller-Gritschneder, D., Schlichtmann, U.: Hardware-accelerated
software library drivers generation for IP-centric SoC designs. In proceedings of the 26th
Great Lakes Symposium on VLSI, 287-292 (2016).
16. IEEE Standard 1685-2014, IEEE Standard 1685-2014 for IP-XACT, Standard Structure
for Packaging, Integrating, and Reusing IP within Tool Flows (2014).
17. Arslan, S., Türk E., ve Kardaş, G.: Gömülü Sistem Yazılımlarının Geliştirilmesinde Aygıt
Ağacı Yapısının Kullanılmasına Yönelik bir Çalışma, 2. Uluslararası Bilgisayar Bilimleri
ve Mühendisliği Konferansı (UBMK), 882-887, (2017).