ok6410学习笔记（8.mmap地址映射之mmap驱动方法）

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bingchentiao发表于 2013-12-17 19:30 | 只看该作者

ok6410学习笔记（8.mmap地址映射之mmap驱动方法）

知识点, color

本节知识点：重点函数：1.mmap系统调用： void *mmap(void *addr,size_t len,int prot ,int flags , int fd , off_t offset) 将文件映射到进程空间的虚拟内存空间，直接对内存进行赋值，可以越过read，write对文件进行操作
参数详解：addr为映射的起始地址，一般设置成NULL，让系统分配地址，系统会自动找一个能用的虚拟内存，并创建一个vm_area_struct。
               length为映射文件的长度
   port映射区的保护方式，PROT_EXEC映射区可被执行，PROT_READ映射区可被读，PROT_WRITE映射区可被写
flags映射区特性，MAP_SHARED可以更改文件，MAP_PRIVATE不会更改文件
fd代表映射的文件
offset代表映射文件的偏移量
               void*  返回任意类型的指针

2.munmap系统调用：int munmap(void *start , size_t length)解除映射 start就是mmap返回的void *  ，成功返回0，失败返回1.
3.虚拟内存区域：就是在进程空间的虚拟内存中的程序段，数据段，bss段，堆，栈。可以用/proc/pid/maps来查看。
4.vm_area_struct结构，linux用vm_area_struct描述虚拟内存，unsigned long vm_start,unsigned long vm_end,unsigned long vm_flags(VM_IO,VM_RESERVED)
5.remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma,unsigned long addr,unsigned long pfn,unsigned long size , pgprot_t prot)
参数详解：vma  内核找到的有效的虚拟内存
virt_addr  虚拟地址的起始地址
pfn 要映射的物理地址的物理页的页桢号，物理地址>>PAGE_SHIFT就是物理地址除以2的12次方
size 要映射的大小
prot    VMA的保护属性
6.virt_to_phys(内核虚拟地址) 将虚拟地址转换成物理地址  貌似是将内核空间的虚拟地址转换成物理地址
7.remap_pfn_range将一次建立所有的页表，nopage_VMA每次建立一个页表
驱动结构：1.在应用层调用mmap的时候，内核分配了一个可以用的虚拟地址vm_area_struct
2.在驱动层mmap(struct *file,struct vm_area_struct *vma)  建立虚拟地址和物理地址的映射，即创建两者之间的所有页表
3.本实验是利用内核的一块内存当作驱动设备的，所有还将这个内存的虚拟地址转换成了物理地址。
本节代码：memdev.c

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/**************************************************************************
文件名： memdev.c
日期： 2013/06/03
头文件： memdev.h
功能：简单字符驱动(开辟一块内存当做字符驱动进行读写) 此为驱动部分
环境： Redhat企业版5 内核版本2.6.18-53.el5
作者： Hao
流程： 1.分配设备号(a.静态申请 b.动态分配)
2.创建设备文件(a.手动创建mknod(需要设备号)注“设备名和设备文件名” b.自动创建)
3.设备注册(a.设备注册分配 b.设备注册初始化 c.设备注册添加)
4.实现file_operation中的函数
5.设备注销(cdev_del)
6.设备号注销
***************************************************************************/
#include <linux/module.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/device.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/system.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/atomic.h>
#include "memdev.h"
MODULE_AUTHOR("Hao");
MODULE_LICENSE("GPL");
static
int mem_major=MEMDEV_MAJOR; //定义主设备号(定义一个全局变量在read write memdev_exit中都能用 )
module_param(mem_major, int, S_IRUGO);//接收模块参数主设备号
struct mem_dev *mem_devp; //定义mem设备描述结构体指针
struct cdev c_dev; //设备注册分配替换了struct cdev *cdev_alloc() 全局变量都可以使用
struct
class *mem_class; /*设备的类*/
/**************************************************************************
函数名： mem_open
函数功能: 文件打开函数使private_data指向字符驱动模块
函数参数: inode存储文件物理信息的结构(包含设备号) file结构
函数返回值: 返回0为正常执行
***************************************************************************/
int mem_open(struct inode *inode,struct file *filp)
{
struct mem_dev *dev;
int num = MINOR(inode->i_rdev); //获得次设备号
if (num >= MEMDEV_NR_DEVS)
return -ENODEV; //判断是否次设备号不正确
dev = &mem_devp[num];
filp->private_data = dev; /*不是很了解private_data
宋宝华的linux设备驱动开发详解，93页写到私有数据指针private_data在设备驱动中背广泛使用，大多数指向设备驱动自定义用于描述设备的结构体。*/
return 0;
}
/**************************************************************************
函数名： mem_release
函数功能: 文件关闭函数
函数参数: inode存储文件物理信息的结构(包含设备号) file结构
函数返回值: 返回0为正常执行
***************************************************************************/
int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}
/**************************************************************************
函数名： mem_read
函数功能: 文件读取函数
函数参数: struct file *filp(open的时候系统产生的结构，根据inode来的)
char __user *buf 存储读取数据的空间
size_t size 读取的大小 size_t应该就是typedef unsigned int的类型
loff_t *ppos 当前文件指针的位置
函数返回值: 返回ret 正常应该是size的值
***************************************************************************/
static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
unsigned long p = *ppos; //保存下文件指针的当前位置
unsigned int count=size;
int ret = 0;
struct mem_dev *dev = filp->private_data; //private_data是一个空指针用来接收各种数据的传递
if (p >= MEMDEV_SIZE) //判断文件指针是否有效
return 0;
if (count > MEMDEV_SIZE - p)//判断读取的大小是否比剩余的内存大小还大
count = MEMDEV_SIZE - p;
if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count))//把字符设备模块从内核空间拷贝到用户空间
{
ret = - EFAULT;
}
else
{
*ppos += count;
ret = count;
printk(KERN_EMERG "read %d bytes(s) from %ld\n", count, p);
}
return ret;
}
/**************************************************************************
函数名： mem_write
函数功能: 文件写函数
函数参数: 参数同read函数
注意：struct file *filp，char __user *buf和size_t size是内核从应用层api-fread中传递下来的
具体是怎么传递的不详看内核代码 Read_write.c
函数返回值: 返回size为正常执行
***************************************************************************/
static ssize_t mem_write(struct file *filp, const
char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
unsigned long p = *ppos;
unsigned int count = size;
int ret = 0;
struct mem_dev *dev = filp->private_data;
if (p >= MEMDEV_SIZE)//MEMDEV_SIZE为内存最大值
return 0;
if (count > MEMDEV_SIZE - p)
count = MEMDEV_SIZE - p;
if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count)) //从应用程序的角度看写是从用户到内核
ret = - EFAULT;
else {
*ppos += count;// 不知道这里用filp->f_pos+=count行不行因为我觉得filp->f_pos和ppos是一个地址
ret = count;
printk(KERN_EMERG "written %d bytes(s) from %ld\n", count, p);
}
return ret;
}
/**************************************************************************
函数名： mem_llseek
函数功能: 文件位置指针定位函数
函数参数: struct file *filp
loff_t offset偏移量
int whence 三种可能SEEK_SET SEEK_CUR SEEK_END
函数返回值: 返回0为正常执行
***************************************************************************/
static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
{
loff_t newpos; //定义中间变量
switch(whence) {
case 0: /* SEEK_SET */
newpos = offset;
break;
case 1: /* SEEK_CUR */
newpos = filp->f_pos + offset;
break;
case 2: /* SEEK_END */
newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;
break;
default: /* can't happen */
return -EINVAL;
}
if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE)) //判断newpos是否有效
return -EINVAL;
filp->f_pos = newpos; //赋值定位
return newpos;
}
/**************************************************************************
函数名： mem_map
函数功能: 映射函数将物理地址和虚拟地址建立页表
函数参数:
函数返回值: 返回0为正常执行
***************************************************************************/
static
int mem_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
struct mem_dev *dev = filp->private_data;
vma->vm_flags|=VM_IO;
vma->vm_flags|=VM_RESERVED;
if(remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, virt_to_phys(dev->data)>>PAGE_SHIFT,vma->vm_end-vma->vm_start, vma->vm_page_prot))
return -EAGAIN;
printk(KERN_EMERG "NOW is in kernel mmap!!!\n");
return 0;
}
static
const
struct file_operations mem_fops = //定义此字符设备的file_operations
{ //这里是对结构体整体赋值的方式
.owner = THIS_MODULE,
.llseek = mem_llseek, //函数名都可以自己定义都是函数指针
.mmap = mem_mmap,
.read = mem_read,
.write = mem_write,
.open = mem_open,
.release = mem_release,
};
/**************************************************************************
函数名： memdev_init
函数功能: 内核模块入口函数
函数参数: 无
函数返回值: 返回0为正常执行返回result为设备号获取不成功
返回- ENOMEM为内存分配不成功
***************************************************************************/
static
int memdev_init()
{
int i;
int result;
dev_t dev_num=MKDEV(mem_major,0);//将主设备号和次设备号转换成32位的设备号给静态申请设备号用的
if(mem_major)
result=register_chrdev_region(dev_num,2,"newmemdev");//静态申请设备号为dev_num 2个设备设备名为“newmemdev”
else
{
result=alloc_chrdev_region(&dev_num,0,2,"newmemdev");//动态分配设备号设备名可以在/proc/devices文件中找与/dev路径找文件不同因为一个设备文件一个次设备号
mem_major = MAJOR(dev_num);//获得主设备号
}
if (result < 0)
{
return result; //判断动态分配是否成功不成功则退出函数
}
/*设备注册分配已经在前面完成了为全局变量*/
cdev_init(&c_dev,&mem_fops);//设备注册初始化将设备号dev_num和file_operation建立联系
c_dev.owner = THIS_MODULE;//*****************貌似可以屏蔽吧*********************
cdev_add(&c_dev,dev_num,2);//设备注册添加设备号为dev_num 设备数为2个
mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);//开辟2个字符设备模块大小的空间
if (!mem_devp) /*判断是否分配内存成功*/
{
result = - ENOMEM;
goto fail_malloc;
}
memset(mem_devp, 0, MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev)); //将初始化2个字符设备模块大小的空间清零
mem_class = class_create(THIS_MODULE, "mem_class_name");//创建设备类
device_create(mem_class, NULL, MKDEV(mem_major, 0), NULL, "memdev0"); //创建设备文件文件名为memdev0
for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++) //对字符设备模块结构赋值
{
mem_devp.size = MEMDEV_SIZE;
mem_devp.data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);//因为data是指针所以继续对其开辟4k空间了
memset(mem_devp.data, 0, MEMDEV_SIZE);
}
return 0;
fail_malloc: //如果内存分配不成功直接注销设备号
unregister_chrdev_region(dev_num, 1);/*但是不明白的是 1.为什么只注销一个次设备的设备号 2.为什么不先注销cdev_dev*/
return result;//虽然这里不懂但不深究了因为很少出现内存分配不成功的情况(在学习练习的时候)
}
/**************************************************************************
函数名： memdev_exit
函数功能: 内核模块退出函数
函数参数: 无
函数返回值: 无
***************************************************************************/
static
void memdev_exit(void)
{
cdev_del(&c_dev);//设备注销
kfree(mem_devp);//释放开辟的内存空间
/*这里貌似没有释放mem_devp.data的指针是不是应该kfree(mem_devp[1].data)*/
/*这里有一个问题就是那两个内存分配为什么要分配两次为什么释放一次我试过貌似第二次不分配也可以*/
device_destroy(mem_class, MKDEV(mem_major, 0));/*注销设备*/
class_destroy(mem_class); /*删除类*/
unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2);//设备号注销
}
module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);

appmem.c

[cpp] view plain copy

#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <unistd.h>

#include <sys/types.h>

#include <sys/stat.h>

#include <sys/mman.h>

#include <fcntl.h>

int main()
{
         int fd;
         char *dev_buf;
         char buf[100];
         if(-1==(fd=open ("/dev/memdev0", O_RDWR)))
                  {
                  printf("open dev0 error\n");
                  _exit(EXIT_FAILURE);
            }
      dev_buf = (char*)mmap(NULL,100, PROT_READ|PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0);
      read(fd, buf, strlen(buf));
      printf("now buf is %s\n",buf);
   strcpy(dev_buf,"hello world hao!\0");
   printf("now is reading!\n");
   munmap(dev_buf,100);
      close(fd);
}

在app的函数里面可以先用mmap写一个值，再munmap断开映射，再映射mmap去读，如果读出数据说明mmap测试成功。

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