Linux Kernel & Firmware Engineering Portfolio

本儲存庫整合了多個深入 Linux 核心開發、韌體工程與系統編程的實作專案。涵蓋範圍從基礎的字元驅動程式、作業系統排程演算法模擬，到高效能的行程間通訊 (IPC) 分析以及 ARM64 平台硬體點亮 (Bring-up) 流程。

這不只是一個程式碼集合，而是一套完整的系統工程實踐紀錄，旨在展示如何解決真實世界中的核心層級挑戰。

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📂 子專案概覽

專案名稱	技術重點	核心價值
chardev-driver	VFS, ioctl, procfs, sysfs, Mutex	實作具備多重管理介面的工業級字元驅動。
cpu-scheduling-qemu	C11, QEMU, Cloud-init, Discrete Sim	在隔離環境中量化分析 CPU 排程演算法效能。
fwsh (Firmware Shell)	fork/exec/pipe, Lexer, CRC-32, MMIO	建構整合韌體除錯工具的微型互動式 Shell。
linux-ipc-benchmark	kfifo, mmap, Zero-copy, Memory Barrier	深度對照 Message Queue 與共享記憶體的效能差異。
qemu-platform-demo	Platform Bus, Device Tree, devm, ARM64	模擬完整硬體點亮流程與裝置樹動態注入技術。

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🛠️ 全域環境準備

建議使用 Ubuntu 22.04/24.04 LTS (x86_64)。請先安裝基礎開發工具組：

sudo apt update
sudo apt install -y build-essential gcc-aarch64-linux-gnu \
                    qemu-system-x86 qemu-system-arm \
                    device-tree-compiler kmod bc bison flex \
                    libssl-dev libelf-dev wget libreadline-dev

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🚀 快速上手與導覽

本儲存庫各子專案皆為獨立模組。您可以依據興趣選擇特定專案進行實驗。

1. 核心驅動實戰 (chardev-driver)

學習如何安全地處理核心/使用者空間資料交換，並利用 /proc 與 /sys 監控驅動狀態。

• DEMO：進入目錄執行 sudo bash scripts/load.sh，隨後於另一視窗執行 sudo dmesg -w 觀察。

2. 系統排程實驗室 (cpu-scheduling-qemu)

透過自動化腳本建立 QEMU 虛擬環境，一鍵跑完 SRTF、RR 等演算法的基準測試 (Benchmark)。

• DEMO：進入目錄執行 bash scripts/01_setup_env.sh，隨後啟動 VM 進行測試。

3. 韌體除錯工具 (fwsh)

體驗專為韌體工程師設計的 Shell，內建 CRC-32 計算與 Hexdump 功能。

• DEMO：進入目錄編譯後執行 ./fwsh。

4. IPC 效能極限測試 (linux-ipc-benchmark)

實測「零拷貝 (Zero-copy)」技術如何將通訊效率提升 5 倍以上。

• DEMO：進入目錄執行 sudo bash scripts/01_setup.sh，隨後執行 ./user/benchmark。

5. ARM64 平台開發 (qemu-platform-demo)

模擬真實的嵌入式開發，從編譯 ARM64 核心到注入裝置樹片段 (DTS Fragment)。

• DEMO：進入目錄依序執行 01 至 05 號腳本，進入 QEMU 虛擬系統。

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📜 綜合技術報告

如果您想從宏觀角度了解這些專案背後的系統設計思維（如同步機制選型、記憶體管理策略與 VFS 架構），請參閱： 👉 全專案綜合技術報告 (report.md)

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📌 未來擴充方向

1. 支援 eBPF 遙測：導入 bcc 或 bpftrace 來分析 IPC 與驅動的微觀效能。
2. 多核心擴展：將排程器模擬器擴展至多核心負載平衡 (Load Balancing) 場景。
3. 異質通訊：在 qemu-platform-demo 中加入虛擬的 Mailbox 機制，模擬多處理器間通訊。

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⚖️ 授權條款

本儲存庫所有核心程式碼皆採用 GPL-2.0 授權，使用者空間工具則遵循 MIT 授權。