2019-2020信息安全系统设计基础 20175306 20175309 20175322 实验四 外设驱动程序设计

实验目的及步骤

实验四 外设驱动程序设计-1

要求：学习资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章
提交康奈尔笔记的照片（可以多张）
笔记：

实验四 外设驱动程序设计-2

要求：在Ubuntu完成资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章的test试验
提交编译，加载模块，卸载模块，测试运行的截图（要多张，全屏，体现学号信息）

驱动程序源代码：

//test_drv.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/uaccess.h>
#define TEST_DEVICE_NAME "test_dev"
#define BUFF_SZ 1024
/*全局变量*/
static struct cdev test_dev;
unsigned int major =0;
static char *data = NULL;
/*读函数*/
static ssize_t test_read(struct file *file,
char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{
    int len;
    if (count < 0 )
    {
        return -EINVAL;
    }
    len = strlen(data);
    count = (len > count)?count:len;
    if (copy_to_user(buf, data, count))
    {
        return -EFAULT;
    }
    return count;
}
/*写函数*/
static ssize_t test_write(struct file *file, const char *buffer,
size_t count, loff_t *f_pos)
{
    if(count < 0)
    {
        return -EINVAL;
    }
    memset(data, 0, BUFF_SZ);
    count = (BUFF_SZ > count)?count:BUFF_SZ;
    if (copy_from_user(data, buffer, count)) /* 将用户缓冲的数据复制到内核空间*/
    {
        return -EFAULT;
    }
    return count;
}
/*打开函数*/
static int test_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("This is open operation\n");
    /* 分配并初始化缓冲区*/
    data = (char*)kmalloc(sizeof(char) * BUFF_SZ, GFP_KERNEL);
    if (!data)
    {
        return -ENOMEM;
    }
    memset(data, 0, BUFF_SZ);
    return 0;
}
/*关闭函数*/
static int test_release(struct inode *inode,struct file *file)
{
    printk("This is release operation\n");
    if (data)
    {
        kfree(data); /* 释放缓冲区*/
        data = NULL; /* 防止出现野指针*/
    }
    return 0;
}
/* 创建、初始化字符设备，并且注册到系统*/
static void test_setup_cdev(struct cdev *dev, int minor,
struct file_operations *fops)
{
    int err, devno = MKDEV(major, minor);
    cdev_init(dev, fops);
    dev->owner = THIS_MODULE;
    dev->ops = fops;
    err = cdev_add (dev, devno, 1);
    if (err)
    {
        printk (KERN_NOTICE "Error %d adding test %d", err, minor);
    }
}
/* 虚拟设备的 file_operations 结构 */
static struct file_operations test_fops =
{
    .owner = THIS_MODULE,
    .read = test_read,
    .write = test_write,
    .open = test_open,
    .release = test_release,
};
/*模块注册入口*/
int init_module(void)
{
    int result;
    dev_t dev = MKDEV(major, 0);
    if (major)
    {
    /* 静态注册一个设备，设备号先前指定好，并设定设备名，用cat /proc/devices 来查看 */
        result = register_chrdev_region(dev, 1, TEST_DEVICE_NAME);
    }
    else
    {
        result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, TEST_DEVICE_NAME);
    }
    if (result < 0)
    {
        printk(KERN_WARNING "Test device: unable to get major %d\n", major);
        return result;
    }
    test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops);
    printk("The major of the test device is %d\n", major);
    return 0;
}
/*卸载模块*/
void cleanup_module(void)
{
    cdev_del(&test_dev);
    unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);
    printk("Test device uninstalled\n");
}

虚拟设备的驱动程序

//Makefile

ifeq ($(KERNELRELEASE),)
KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)
modules:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
modules_install:
    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install
clean:
    rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
.PHONY: modules modules_install clean
else
    obj-m := test_drv.o
endif

加载模块脚本

//test_drv_load

#!/bin/sh
# 驱动模块名称
module="test_drv"
# 设备名称。在/proc/devices 中出现
device="test_dev"
# 设备文件的输性
mode="664"
group="david"
# 删除已存在的设备节点
rm -f /dev/${device}
# 加载驱动模块
/sbin/insmod -f ./$module.ko $* || exit 1
# 查到设备的主设备号
major=`cat /proc/devices | awk "\\$2==\"$device\" {print \\$1}"`
# 创建设备文件节点
mknod /dev/${device} c $major 0
# 设置设备文件属性
chgrp $group /dev/${device}
chmod $mode /dev/${device}

卸载模块脚本

//test_drv_unload

#!/bin/sh
module="test_drv"
device="test_dev"
# 卸载驱动模块
/sbin/rmmod $module $* || exit 1
# 删除设备文件
rm -f /dev/${device}
exit 0

测试代码：

//test.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
#define TEST_DEVICE_FILENAME "/dev/test_dev" /* 设备文件名*/
#define BUFF_SZ 1024 /* 缓冲大小 */
int main()
{
    int fd, nwrite, nread;
    char buff[BUFF_SZ]; /*缓冲区*/
    /* 打开设备文件 */
    fd = open(TEST_DEVICE_FILENAME, O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        perror("open");
        exit(1);
    }
    do
    {
        printf("Input some words to kernel:");
        memset(buff, 0, BUFF_SZ);
        if (fgets(buff, BUFF_SZ, stdin) == NULL)
        {
            perror("fgets");
            break;
        }
        buff[strlen(buff) - 1] = '\0';
        if (write(fd, buff, strlen(buff)) < 0) /* 向设备写入数据 */
        {
            perror("write");
            break;
        }
        if (read(fd, buff, BUFF_SZ) < 0) /* 从设备读取数据 */
        {
            perror("read");
            break;
        }
        else
        {
            printf("The read string is from kernel:%s\n", buff);
        }
    }while(strncmp(buff, "quit", 4));
    close(fd);
    exit(0);
}

实验过程及截图

1.在虚拟设备驱动源码目录下编译驱动模块
先用su命令进入管理员模式，再输入密码，否则之后make编译操作权限不够。
之后make直接全部编译

2.加载驱动模块test_drv_load
老规矩，先用chmod +x test_drv_load命令为它赋予权限，之后./test_drv_load运行

这时产生了加载过的驱动设备test_dev，进入目录cd /proc，再cat devices即可看到

在目录/dev也能看到该设备cd /dev

该设备的详细信息：

3.编译运行测试程序test.c
gcc test.c -o test
./test

4.卸载驱动程序
先加权限chmod +x test_drv_unload，再运行卸载程序./test_drv_unload

实验遇到的问题

最大的问题就是权限不够，出现了两次：一次是编译驱动模块的时候，另一次是加载驱动模块的时候，后面卸载驱动程序的时候长记性了，直接赋予权限就解决了。

实验感想

1.学会了使用康奈尔笔记法做笔记，学会把笔记记在右侧区域，课后总结笔记写在左侧，复习的时候复述要点写在下面。
2.重新学习了make编译的方法，上上次测验的时候make就失败了，后来发现是自己makefile写的有问题，经过多次改正才得以正确使用。
3.嵌入式Linux设备驱动程序的开发操作命令不难，难在创建字符设备和模块注册，由于C语言基础过于差劲，理解出现了很大的困难。
4.最后运行test的时候还有个小插曲，一模一样的代码和实验步骤走下来，一台电脑可以运行，另外两台完全不行，现在也是个谜。