20145215 《信息安全系统设计基础》实验四 外设驱动程序设计

20145215 《信息安全系统设计基础》实验四 外设驱动程序设计

实验步骤

阅读和理解源代码

功能

• demo_read,demo_write 函数完成驱动的读写接口功能，do_write 函数实现将用户写入的数据逆序排列，通过读取函数读取转换后的数据。这里只是演示接口的实现过程和内核驱动对用户的数据的处理。

源代码框架

#define DEVICE_NAME  "demo"
static ssize_t demo_write(struct file *filp,const char * buffer, size_t count)
{ 
    char drv_buf[];
    copy_from_user(drv_buf , buffer, count);
    …
}
static ssize_t demo_read(struct file *filp,char *buffer,size_t count,loff_t *ppos)
{
char drv_buf[];
copy_to_user(buffer, drv_buf,count);
….
}
static int demo_ioctl(struct inode *inode, struct file *file,unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
}
static int demo_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
}
static int demo_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    MOD_DEC_USE_COUNT;
    DPRINTK("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)
{
    int result;
    #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
    SET_MODULE_OWNER(&demo_fops);
    result = register_chrdev(demo_Major, "scullc", &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);

注释

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。

驱动向内核注册

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

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。

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

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);

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。

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，我们组采用交叉编译器进行编译。如下图：
  

• 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

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，下图为步骤成功的结果：
  

• 驱动模块成功插入后，在/dev下面建立一个demo的审文件，使用cat来直接调用read函数，测试读过程：

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!

遇到的问题及解决过程

• 当我们使用编译器进行makefile的时候，出现了Error，一开始以为是/usr/src下没有建立linux连接，所以使用了命令：

cd /usr/src/
ln –sf   linux-2.4.20-8  linux
ls

• 但是依旧没有解决问题，后面发现是makefile有问题，对makefile进行修改，makefile中两行宏变量定义用于使用armv4l-unknown-linux-gcc编译器编译驱动：

#KERNELDIR = /arm2410cl/ kernel/linux-2.4.18-2410cl/
#CROSS_COMPILE= armv4l-unknown-linux-

• 由于makefile文件中KERNEL_PATH设置和真实环境有点不同，修改makefile文件中的路径就好了，修改后：

KERNELDIR = /usr/src/linux
#KERNELDIR = /arm2410cl/ kernel/linux-2.4.18-2410cl/
INCLUDEDIR = $(KERNELDIR)/include
#CROSS_COMPILE=armv41-unknown-linux-

心得体会

通过这次实验，我们觉得应该更注重于对代码的理解，以及实验遇到问题时的解决。Makefile的路径修改成功，在开心的同时，也让我们深深感到了自己对理论知识的掌握还不够，makefile学得还不够精，遇到问题的时候要学会一个个地寻找问题，如果不是这个问题，就排除它，寻找下一个问题原因的可能性。由于多番尝试，最终的成功解决，不仅能使我们尝到成功的喜悦，还能使我们对问题理解和记忆地更加深刻，今后再次遇到此类问题也就不用再担心。同时还帮助同学们解决了这个问题，加深了团队合作的意识。