The Next Big Thing: Rust for Linux Drivers

O kursie

70% wszystkich luk bezpieczeństwa w systemach operacyjnych (Microsoft, Google) wynika z błędów zarządzania pamięcią: buffer overflow, use-after-free, double-free. W odpowiedzi na te wyzwania Rust oficjalnie wszedł do głównego drzewa jądra Linux (v6.1).

Rust to język systemowy gwarantujący memory safety na etapie kompilacji — bez garbage collectora, z wydajnością porównywalną do C. To nie eksperyment akademicki, lecz strategiczny krok w eliminację całych klas błędów.

Dla platformy STM32MP1, stosowanej w aplikacjach krytycznych (bramki IoT, HMI, urządzenia medyczne), Rust oznacza sterowniki, które:

• Nie mają wycieków pamięci — RAII zwalnia zasoby automatycznie
• Nie mają data races — kompilator blokuje dostęp bez blokady
• Wymuszają obsługę błędów — Result<T, E> zamiast ignorowanych kodów powrotu

Nie musisz znać Rusta — Dzień 1 to intensywny “akcelerator” dla programistów C.

🎯 Cel Projektowy: “GPIO Driver in Rust”

Podczas kursu piszemy prawdziwy sterownik, nie kopiujemy przykłady. Uczestnicy stworzą moduł jądra, który:

✓ Steruje diodą LED przez rejestr BSRR (atomowy zapis, brak wyścigu)

✓ Obsługuje przerwanie przycisku (User Button) z licznikiem wciśnięć

✓ Eksponuje interfejs plikowy /dev/stm32_rust do komunikacji z userspace

✓ Jest sterowany z Pythona — skrypt mruga diodą i odczytuje stan przycisku

✓ Automatycznie zwalnia zasoby — dzięki RAII i trait Drop

✓ Kompiluje się w Yocto — pełna integracja z ekosystemem OpenSTLinux

📅 Program szkolenia

DZIEŃ 1: The Language – Od C do Rusta w Jeden Dzień

Intensywny “akcelerator” dla programistów C. Nie musisz znać Rusta — nauczysz się tu.

Moduł 1.1: Dlaczego Rust w Jądrze?

• Case study: Błąd use-after-free i jak kompilator Rusta go blokuje
• Statystyki CVE: 70% to błędy pamięci — czy możemy je wyeliminować?
• Mit “Safe Rust”: rola unsafe w kodzie jądra

Moduł 1.2: Model Własności (Ownership)

• Mapowanie pojęć C → Rust: kmalloc/kfree → Box, mutex → Mutex<Data>, refcount_t → Arc
• Borrow Checker: dlaczego kompilator krzyczy i jak to naprawić
• Lab: Przepisanie fragmentu kodu C na Rust

Moduł 1.3: Konfiguracja Yocto dla Rusta

• Wyzwania 32-bitowego ARM (Tier 2): bindgen, ABI, wyrównanie pamięci
• Konfiguracja jądra z obsługą Rusta
• Lab: Przygotowanie warstwy Yocto i kompilacja obrazu

Moduł 1.4: Pierwszy Moduł — “Hello STM32MP1”

• Struktura modułu jądra w Rust: makro module!, trait Module, trait Drop
• Automatyczne zarządzanie zasobami (RAII) vs manualne kfree w C
• Lab: Kompilacja i ładowanie pierwszego modułu

DZIEŃ 2: The Hardware – Platform Drivers i MMIO

Interakcja ze sprzętem STM32MP1. Bezpieczny dostęp do rejestrów GPIO.

Moduł 2.1: Mapa Pamięci STM32MP1

• Memory Mapped I/O: rejestry jako adresy w przestrzeni procesora
• Rejestry GPIO: MODER, ODR, BSRR — tryby i atomowość operacji
• Dlaczego BSRR? Problem Read-Modify-Write na wielordzeniowym SoC

Moduł 2.2: Device Tree i Platform Driver

• Wiązanie wpisu Device Tree ze sterownikiem
• Trait PlatformDriver w Rust (jądro 6.6+)
• Lab: Modyfikacja Device Tree, rejestracja sterownika

Moduł 2.3: Bezpieczny Dostęp do Rejestrów (IoMem)

• Problem: readl/writel jako surowe wskaźniki → unsafe
• Rozwiązanie: abstrakcja IoMem<SIZE> i Devres
• Lab: Implementacja probe, mapowanie GPIO

Moduł 2.4: Sterowanie LED

• Bloki unsafe — kiedy i dlaczego są niezbędne
• Ograniczanie unsafe do minimalnego zakresu
• Lab: Mruganie diodą LED z poziomu sterownika

DZIEŃ 3: The Integration – Przerwania, Userspace i Projekt Końcowy

Obsługa przycisku, interfejs plikowy i integracja z aplikacją Python.

Moduł 3.1: Obsługa Przerwań (IRQ)

• Przycisk użytkownika jako źródło przerwania
• Rejestracja wątkowanego przerwania (threaded IRQ)
• Synchronizacja: SpinLock vs Mutex — kompilator wymusza poprawność
• Lab: Obsługa przycisku z licznikiem wciśnięć

Moduł 3.2: Interfejs Plikowy (Character Device)

• Rejestracja miscdevice — plik /dev/stm32_rust
• Trait file::Operations: implementacja read/write
• Lab: Sterowanie LED i odczyt licznika przez plik urządzenia

Moduł 3.3: Projekt Końcowy

• Integracja wszystkich elementów w jeden sterownik
• Komunikacja z aplikacją userspace (Python)
• Lab: Kompletny sterownik z interfejsem plikowym i obsługą przerwań

Moduł 3.4: Podsumowanie i Q&A

• Porównanie C vs Rust: zarządzanie pamięcią, błędy, współbieżność, rozmiar
• Optymalizacja rozmiaru binarnego
• Przyszłość Rusta w jądrze Linux
• Konsultacje własnych projektów

💰 Cennik

FULL RUST EXPERIENCE (3 Dni)

Kompletne szkolenie od podstaw Rusta po działający sterownik z interfejsem userspace.

Nie znasz Rusta? Nie szkodzi — Dzień 1 to intensywny “akcelerator” dla programistów C. Wychodzisz z solidnymi podstawami języka.

🏆 Dlaczego warto?

🛠️ Wymagania

Sprzęt (zapewniony):

• Płytka STM32MP157C-DK2
• Karta microSD 16GB
• Kabel USB Type-C, konwerter USB-UART

Oprogramowanie:

• Kontener Docker z pre-konfigurowanym Yocto + Rust toolchain
• VS Code z rust-analyzer (podpowiadanie kodu w czasie rzeczywistym)

Wiedza uczestnika:

• Język C (wskaźniki, struktury, zarządzanie pamięcią)
• Podstawy jądra Linux (przestrzeń użytkownika vs jądra, moduły)
• Rust NIE jest wymagany — nauczysz się na miejscu

🎁 Sprzęt po warsztatach zostaje u uczestników!

Chcesz zarezerwować termin dla swojego zespołu? Skontaktuj się, aby ustalić szczegóły. Dołącz do rewolucji — pisz sterowniki, które nie mają wycieków pamięci.