信息安全系统设计基础实验四
北京电子科技学院（BESTI）
实 验 报 告
课程：信息安全系统设计基础 班级： 1352班
姓名：（按贡献大小排名）马悦、益西拉姆、银雪纯
学号：（按贡献大小排名）20135235、20135239、20125221
成绩： 指导教师：娄嘉鹏 实验日期：2015.12.1
实验密级： 预习程度： 实验时间：15:30—18:00
仪器组次： 必修/选修：必修 实验序号：四
实验名称：内核驱动设计入门－模块方式驱动实验
实验目的与要求：
1、学习在 LINUX 下进行驱动设计的原理。
2、掌握使用模块方式进行驱动开发调试的过程。
实验仪器：
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名称 |
型号 |
数量 |
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计算机 |
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1 |
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嵌入式开发平台 |
UP-NETARM2410-CL |
1 |
一、实验内容
在 PC 机上编写简单的虚拟硬件驱动程序并进行调试，实验驱动的各个接口函数的实现,分析并理解驱动与应用程序的交互过程。
二、实验原理
Linux 中的驱动设计是嵌入式Linux 开发中十分重要的部分，它要求开发者不仅要熟悉Linux 的内核机制、驱动程序与用户级应用程序的接口关系、考虑系统中对设备的并发操作等等，而且还要非常熟悉所开发硬件的工作原理。这对驱动开发者提出了比较高的要求，这个实验主要是给大家进入驱动设计提供一个简单入门的一个实例，并不需要提供太多与硬件相关的内容，这部分应该是通过仔细阅读芯片厂家提供的资料来解决。
驱动程序的作用是应用程序与硬件之间的一个中间软件层，驱动程序应该为应用程序展现硬件的所有功能，不应该强加其他的约束，对于硬件使用的权限和限制应该由应用程序层控制。但是有时驱动程序的设计是跟所开发的项目相关的，这时就可能在驱动层加入一些与应用相关的设计考虑，主要是因为在驱动层的效率比应用层高，同时为了项目的需要可能只强化或优化硬件的某个功能，而弱化或关闭其他一些功能；到底需要展现硬件的哪些功能全都由开发者根据需要而定。驱动程序有时会被多个进程同时使用，这时我们要考虑如何处理并发的问题，就需要调用一些内核的函数使用互斥量和锁等机制。
驱动程序主要需要考虑下面三个方面：提供尽量多的选项给用户，提高驱动程序的速度和效率，尽量使驱动程序简单，使之易于维护。
Linux 的驱动开发调试有两种方法，一种是直接编译到内核，再运行新的内核来测试；二是编译为模块的形式，单独加载运行调试。第一种方法效率较低，但在某些场合是唯一的方法。模块方式调试效率很高，它使用insmod 工具将编译的模块直接插入内核，如果出现故障，可以使用rmmod 从内核中卸载模块。不需要重新启动内核，这使驱动调试效率大大提高。我们的实验在PC 机和UP-TECH S2410/P270 DVP 上都可以运行，编译时使用不同的编译器就可以了。
三、实验步骤
1、阅读和理解源代码
进入/arm2410cl/exp/drivers/01_demo，使用vi 编辑器或其他编辑器阅读理解源代码。
2、编译驱动模块及测试程序
上面介绍了在 Makefile 中有两种编译方法，可以在本机上使用gcc 也可以使用交叉编译器进行编译，这里我们只介绍用交叉编译器进行编译的结果。
注意：如果编译的时候出现问题，可能是在/usr/src 下没有建立一个linux 连接，可以使用下面的命令：
[root@zxt 01_demo]# cd /usr/src/
[root@zxt src]# ln -sf linux-2.4.20-8 linux
[root@zxt src]# ls
debug linux linux-2.4 linux-2.4.20-8 redhat
3、测试驱动程序
如果使用 gcc 编译的话，需要通过下面的命令来建立设备节点，如果使用交叉编译器的话，不需要建立设备节点。
#mknod /dev/demo c 254 0
首先要插入驱动模块demo.o，然后可以用lsmod 命令来查看模块是否已经被插入，在不使用该模块的时候还可以用rmmod 命令来将模块卸载。
[root@zxt 01_demo]# insmod demo.o
Warning: loading demo.o will taint the kernel: no license
See http://www.tux.org/lkml/#export-tainted for information about tainted modules
Module demo loaded, with warnings
下面使用测试程序来进行测试，按照上面步骤成功后会出现下面的结果：
[root@zxt 01_demo]# ./test_demo
write 32 bytes data to /dev/demo
0: 0 1 2 3
1: 4 5 6 7
2: 8 9 10 11
3: 12 13 14 15
4: 16 17 18 19
5: 20 21 22 23
6: 24 25 26 27
7: 28 29 30 31
*****************************************************
Read 32 bytes data from /dev/demo
0: 31 30 29 28
1: 27 26 25 24
2: 23 22 21 11
3: 12 13 14 15
4: 16 17 18 19
5: 20 10 9 8
6: 7 6 5 4
7: 3 2 1 0
*****************************************************
如果模块没有成功插入的话，会出现下面的情况：
[root@zxt 01_demo]# ./test_demo
####DEMO device open fail####
在驱动模块成功插入后，会在/dev 下面建立一个叫做demo 的设备文件，我们也可以使用cat 命令来直接调用read 函数，来测试读过程。
[root@zxt demo]# cat /dev/demo/0
device open success!
四、实验体会
1、实验中遇到的问题和解决方案
内核地址不正确导致调试不成功，使用命令“whereis”寻找到内核地址为：/usr/src/linux-headers-3.2.0-29-generic-pae/kernel # /lib/modules/$(shell uname -r)/build/
2、体会
本次实验为模块方式驱动，因为本次实验没有要求编写代码，只要求读懂代码并对其进行调试，故进行比较顺利。虽然调试过程中出现了一些问题，但在同学的帮助下将问题顺利解决了。对本次实验的代码研究的还不是特别深入，但在以后的学习中，定会将其深入理解。
