Linux Kernel Driver 기반 스마트 기상 시계 & 불쾌지수 측정기

Linux Kernel Device Driver Project (Intel AI SW 8기)

본 프로젝트는 리눅스 커널 드라이버를 직접 설계하여 하드웨어를 제어하고, 실시간 시계(RTC), 온습도 데이터 처리 및 불쾌지수(THI) 시각화를 구현한 임베디드 시스템 프로젝트입니다.

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프로젝트 개요

단순히 라이브러리를 사용하는 수준을 넘어, **커널 공간(Kernel Space)**에서 직접 GPIO 인터럽트를 핸들링하고 디바이스 드라이버를 작성하여 유저 공간(User Space) 애플리케이션과 데이터를 주고받는 전체 프로세스를 구현했습니다.

주요 하드웨어 구성

• Main Board: Raspberry Pi 4 (64-bit Kernel)
• Sensors: - DHT11: 온습도 데이터 수집
  • DS1302: 실시간 시간 정보(RTC) 제공
  • Rotary Encoder: 페이지 전환 및 시간 설정 인터페이스
• Display & Output:
  • OLED (I2C): 정보 출력 (시간, 온습도, 불쾌지수)
  • 8-Channel LED: 불쾌지수 단계별 시각화

시스템 아키텍처

1. Kernel Space (driver.c):
   • GPIO 제어 및 인터럽트(IRQ) 핸들링 (로터리 엔코더 디바운싱 처리 등)
   • DS1302 및 DHT11 제어 로직 구현
   • ioctl 및 read/write 인터페이스 제공
2. User Space (application.c):
   • 커널 드라이버로부터 데이터를 받아 OLED 화면 구성
   • 불쾌지수(THI) 산출 및 LED 레벨 제어 로직 실행

핵심 기술 포인트

• Interrupt Handling & Debouncing: 로터리 엔코더의 기계적 떨림 현상을 커널 내에서 타이머를 활용해 방지.
• Context Management: 뮤텍스를 사용하여 커널 내 공유 자원 보호.
• Custom Character Device: 시스템 고유의 메이저 번호를 할당받아 장치 파일 생성.
• I2C & GPIO Protocol: 센서별 통신 프로토콜을 드라이버 레벨에서 직접 제어.

파일 구조

• driver.c: 리눅스 커널 모듈 소스 코드
• application.c: 유저 애플리케이션 (OLED 및 메인 로직)
• Makefile: 커널 빌드 환경(ARCH=arm64) 설정

실행 방법

1. 커널 모듈 빌드 및 로드

   make
   sudo insmod driver.ko
   

2. 애플리케이션 실행

   gcc -o app application.c
   sudo ./app
   

3. 팀원 김동현, 서채건, 박서정