32. Техническое задание: UIO-драйвер для управления RGB-светодиодом

32.1. 1. Цель проекта

Разработать пользовательский I/O-драйвер (UIO) для Linux, который позволит управлять RGB-светодиодом (три независимых цвета: красный, зелёный, синий) из пространства пользователя.

Управление должно осуществляться путём записи в память, доступную через mmap(), без использования ioctl или sysfs.

—

32.2. 2. Аппаратная платформа

Целевая система: Raspberry Pi (или совместимая ARM-платформа)
Устройство: RGB-светодиод, подключённый к трем GPIO: - RED — GPIO 16 - GREEN — GPIO 20 - BLUE — GPIO 21
GPIO должны быть настроены на output, управление осуществляется подачей 1/0.

—

32.3. 3. Архитектура программного решения

Ядровая часть (Kernel module): - Написать модуль ядра с использованием UIO API. - Создать одну отображаемую mmap-область размером 1 байт, где каждый бит управляет соответствующим цветом:

Бит 0 — RED

Бит 1 — GREEN

Бит 2 — BLUE

Значение этого байта отслеживается в ядре с помощью write()-callback или через отложенную работу (workqueue).

Структура `uio_info`: - name: «rgb_uio» - version: «1.0» - mem[0]: область управления, UIO_MEM_LOGICAL, размер — 1 байт, kmalloc

—

32.4. 4. Пользовательская часть

Написать пример программы на C или Python, которая:
- Открывает /dev/uio0
- Делает mmap() области управления
- Устанавливает значения, чтобы: - включить красный (0b001) - зелёный + синий (0b110) - выключить всё (0b000)
Проверить результат физически (по светодиоду) или с помощью логического анализатора / мультиметра.

—

32.5. 5. Логика и проверка

При старте модуля: - Все светодиоды должны быть выключены (записано 0x00)

При изменении значения mmap:

Каждый бит влияет на соответствующий GPIO
Проверка: изменение байта по mmap должно немедленно менять уровень на пинах

Тестовые кейсы:

Таблица управления RGB-светодиодом
Значение	RED	GREEN	BLUE	Описание
`0b000`	OFF	OFF	OFF	Все выключены
`0b001`	ON	OFF	OFF	Только красный
`0b010`	OFF	ON	OFF	Только зелёный
`0b100`	OFF	OFF	ON	Только синий
`0b111`	ON	ON	ON	Все включены

—

32.6. 6. Структура проекта

rgb_uio_driver/
├── rgb_uio.c         # ядровой модуль
├── Makefile
├── user_app.c        # приложение, использующее mmap
├── test_script.sh    # bash-скрипт для проверки
└── README.rst

—

32.7. 7. Требования к качеству

Код ядра соответствует Linux Kernel Coding Style
Поддержка выгрузки и повторной загрузки модуля (rmmod, insmod)
Все ресурсы (GPIO, память) корректно освобождаются при выгрузке
Драйвер протестирован на Raspberry Pi OS (kernel 5.10+)

—

32.8. 8. Возможности расширения

Управление яркостью через PWM (в будущем)
Прерывания при изменении состояний GPIO
Расширение памяти до 3 байт (по одному на каждый канал)

—