20145227&20145201 《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：1452

姓名：（按贡献大小排名）鄢曼君 李子璇

学号：（按贡献大小排名）20145227 20145201

成绩： 指导教师：娄嘉鹏 实验日期：2016.11.17

实验密级：无 预习程度：已预习 实验时间：10:00-12:30

仪器组次： 必修/选修：必修 实验序号：04

实验名称：外设驱动程序设计

实验目的与要求：

1.掌握实时系统应用和驱动程序的编写。

2.学会以实用模块化方式来进行驱动开发与调试。

一、实验过程
1.首先，如同实验一，建立实验箱、虚拟机Redhat、WinXP之间的连接，在linux系统中安装arm系统，并对01_demo文件夹中的.c文件进行交叉编译。

2、阅读和理解源代码，进入/bc/01_demo，使用vi 编辑器或其他编辑器阅读理解源代码。

3.编译驱动模块及测试程序
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，这次实验我们组采用交叉编译器进行编译。之后输入make命令，看到如下图指令：如下图：

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@BC 01_demo]# cd /usr/src/
[root@BC src]# ln -sf linux-2.4.20-8 linux
[root@BC src]# ls

4.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。
我们使用交叉编译器，不需要建立设备节点，下图为成功的结果：

二、实验过程中遇到的问题以及解决方案。
1、问题：采用交叉编译器进行编译时出现erro1错误

解决：在/usr/src 下建立一个 linux 连接，使用下面的命令：

[root@BC 01_demo]# cd /usr/src/
[root@BC src]# ln -sf linux-2.4.20-8 linux
[root@BC src]# ls

2、依然没有解决问题，还是存在错误。

解决：进入01_demo文件夹中,对Makefilemakefile文件进行修改，使之与指导书上一样。

KERNELDIR = /usr/src/linux
#KERNELDIR = /arm2410cl/ kernel/linux-2.4.18-2410cl/
INCLUDEDIR = $(KERNELDIR)/include
#CROSS_COMPILE=armv41-unknown-linux-
AS =$(CROSS_COMPILE)as
LD =$(CROSS_COMPILE)ld
CC =$(CROSS_COMPILE)gcc
CPP =$(CC) -E
AR =$(CROSS_COMPILE)ar
NM =$(CROSS_COMPILE)nm
STRIP =$(CROSS_COMPILE)strip
OBJCOPY =$(CROSS_COMPILE)objcopy
OBJDUMP =$(CROSS_COMPILE)objdump
CFLAGS += -I..
CFLAGS += -Wall -O -D__KERNEL__ -DMODULE -I$(INCLUDEDIR)
TARGET = demo
OBJS = demo.o hello.o
SRC = demo.c hello.c
all: $(OBJS)
demo.o: demo.c
$(CC) -c $(CFLAGS) $^ -o $@
hello.o:hello.c
$(CC) -c $(CFLAGS) $^ -o $@
install:
install -d $(INSTALLDIR)
install -c $(TARGET).o $(INSTALLDIR)
clean:
rm -f *.o *~ core .depend

再make之后，不会出现erro。最后执行./testdemo，结果如下：

实验代码分析：
demo.c：

#define DEVICE_NAME	"demo"
#define demo_MAJOR 254
#define demo_MINOR 0
static int MAX_BUF_LEN=1024;
static char drv_buf[1024];
static int WRI_LENGTH=0;

/*逆序排列缓冲区数据*/
static void do_write()
{

	int i;
	int len = WRI_LENGTH;
	char tmp;
	for(i = 0; i < (len>>1); i++,len--){
		tmp = drv_buf[len-1];
		drv_buf[len-1] = drv_buf[i];
		drv_buf[i] = tmp;
	}
}
static ssize_t  demo_write(struct file *filp,const char *buffer, size_t count)
{ 
	if(count > MAX_BUF_LEN)count = MAX_BUF_LEN;
	copy_from_user(drv_buf , buffer, count);
	WRI_LENGTH = count;
	printk("user write data to driver\n");
	do_write();	
	return count;
}
static ssize_t  demo_read(struct file *filp, char *buffer, size_t count, loff_t *ppos)
{
	if(count > MAX_BUF_LEN)
		count=MAX_BUF_LEN;
	copy_to_user(buffer, drv_buf,count);
	printk("user read data from driver\n");
	return count;
}
static int demo_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, 
                 unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
	printk("ioctl runing\n");
	switch(cmd){
		case 1:printk("runing command 1 \n");break;
		case 2:printk("runing command 2 \n");break;
		default:
			printk("error cmd number\n");break;
	}
	return 0;
}
static int demo_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	sprintf(drv_buf,"device open sucess!\n");
	printk("device open sucess!\n");
	return 0;
}
static int  demo_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	MOD_DEC_USE_COUNT;
	printk("device release\n");
	return 0;
}

static struct file_operations demo_fops = {
	owner:	THIS_MODULE,
	write:	demo_write,	
	read:	demo_read,	
	ioctl:	demo_ioctl,
	open:	demo_open,
	release:	demo_release,
};
#ifdef CONFIG_DEVFS_FS
static devfs_handle_t  devfs_demo_dir, devfs_demoraw;
#endif

static int __init demo_init(void)
{
#ifdef CONFIG_DEVFS_FS
	devfs_demo_dir = devfs_mk_dir(NULL, "demo", NULL);
	devfs_demoraw = devfs_register(devfs_demo_dir, "0", DEVFS_FL_DEFAULT,
			demo_MAJOR, demo_MINOR, S_IFCHR | S_IRUSR | S_IWUSR,
			&demo_fops, NULL);
#else
	int  result;
    SET_MODULE_OWNER(&demo_fops);
    result = register_chrdev(demo_MAJOR, "demo", &demo_fops);
    if (result < 0) return result;
//    if (demo_MAJOR == 0) demo_MAJOR = result; /* dynamic */
#endif
	printk(DEVICE_NAME " initialized\n");
	return 0;
}

static void __exit  demo_exit(void)
{
    unregister_chrdev(demo_MAJOR, "demo");
    //kfree(demo_devices);
	printk(DEVICE_NAME " unloaded\n");
}

module_init(demo_init);
module_exit(demo_exit);

（1）将驱动映射为标准接口
static struct file_operations demo_fops = {…}完成了将驱动函数映射为标准接口。

（2）驱动向内核注册
devfs_registe（）和 register_chrdev（）函数完成将驱动向内核注册。

（3）Open方法
Open方法提供给驱动程序初始化设备的能力，从而为以后的设备操作做好准备，此外open操作一般还会递增使用计数，用以防止文件关闭前模块被卸载出内核。

递增使用计数
检查特定设备错误。
如果设备是首次打开，则对其进行初始化。
识别次设备号，如有必要修改 f_op 指针。
分配并填写 filp->private_data 中的数据。

（4）Release 方法
与open方法相反，release 方法应完成如下功能：

释放由 open 分配的 filp->private_data 中的所有内容
在最后一次关闭操作时关闭设备
使用计数减一

（5）Read和Write方法

ssize_t demo_write(struct file *filp,const char * buffer, size_t count,loff_t *ppos)
ssize_t demo_read(struct file *filp, char *buffer, size_t count, loff_t *ppos)

read 方法完成将数据从内核拷贝到应用程序空间，write 方法相反，将数据从应用程序空间拷贝到内核。对于者两个方法，参数 filp 是文件指针，count 是请求传输数据的长度，buffer 是用户空间的数据缓冲区，ppos 是文件中进行操作的偏移量，类型为 64 位数。

由于用户空间和内核空间的内存映射方式完全不同，所以不能使用象 memcpy 之类的函数，必须使用如下函数：

unsigned long copy_to_user (void *to,const void *from,unsigned long count);
unsigned long copy_from_user(void *to,const void *from,unsigned long count);

（6）ioctl方法
ioctl 方法主要用于对设备进行读写之外的其他控制，比如配置设备、进入或退出某种操作模式，这些操作一般都无法通过 read/write 文件操作来完成。

实验感想：
这次实验对代码的理解是很重要的。一开始跟着教程做，遇到了很多问题，后面实验成功了但是其实代码中还是有很多不懂的地方。通过对代码的分析以及对问题的解决，我们对这次实验的印象更加深刻，对知识的理解也更加透彻了。