20145211《信息安全系统设计基础》实验四 驱动程序设计

课程：信息安全系统设计基础
班级：1452 1453
姓名：黄志远  王亦徐
学号：20145211 20145311
实验日期：2016.11.24

实验时间：10:10-12:25

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.选择某个接口电路

实验仪器：

实验仪器	型号	数量
计算机	Lenovo	1
虚拟Linux环境	Redhat 9.0	1
Arm开发板	UP-NETARM2410-CL	1

 

1、实验内容

1.阅读和理解源代码

(1)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，经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。

（2）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);

（3）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，从而为之后的设备操做作好准备，此外open操做通常还会递增使用计数，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。 - 若是设备是首次打开，则对其进行初始化。 - 识别次设备号，若有必要修改 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 方法应完成以下功能：

  - 释放由 open 分配的 filp->private_data 中的全部内容 - 在最后一次关闭操做时关闭设备 - 使用计数减一

Read 和 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 是文件中进行操做的偏移量，类型为 64 位数。

• 因为用户空间和内核空间的内存映射方式彻底不一样，因此不能使用象 memcpy 之类的函数，
  必须使用以下函数：

  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以外的其余控制，好比配置设备、进入或退出某种
  操做模式，这些操做通常都没法经过 read/write 文件操做来完成。

编写中断处理函数的注意事项：

• 中断处理程序与普通C代码没有太大不一样，不一样的是中断处理程序在中断期间运行，它有以下限制：

  不能向用户空间发送或接受数据
  不能执行有睡眠操做的函数
  不能调用调度函数

使用/proc文件系统

• /proc 文件系统是由程序建立的文件系统，内核利用它向外输出信息。/proc 目录下的
  每个文件都被绑定到一个内核函数，这个函数在此文件被读取时，动态地生成文件的内
  容。
• 大多数状况下 proc 目录下的文件是只读的。使用/proc 的模块必须包 含
  头文件

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，能够在本机上使用 gcc 也可使用交叉编译器进行编译，这里咱们只介绍用交叉编译器进行编译的结果。

• 注意：若是编译的时候出现问题，多是在/usr/src 下没有创建一个 linux 链接，可使用下面的命令：

  [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 redha

• 附：
  - ln指令的用法是链接，使用格式是ln [options] source dist，这里咱们用到的sf参数的含义是：

  -f：连接时先将与dist同档名的档案删除 -s：进行软连接。（软连接，又称符号连接，这个文件包含了另外一个文件的路径名，特色是能够连接不一样文件系统的文件，甚至能够连接不存在的文件。）

3.测试驱动程序

(1)创建设备节点

若是使用 gcc 编译的话，须要经过下面的命令来创建设备节点，若是使用交叉编译器的话，不须要创建设备节点。

#mknod /dev/demo c 254 0

(2)插入驱动模块demo.o

能够用 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能够用 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

(3)使用测试程序进行测试

- 成功后会出现下面的结果：  若是模块没有成功插入的话，会出现下面的状况： [root@zxt 01_demo]# ./test_demo ####DEMO device open fail#### 

(4)测试读过程

在驱动模块成功插入后，会在/dev 下面创建一个叫作 demo 的设备文件，咱们也可使用 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!

2、遇到的问题

1.须要修改makefile

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-

因为makefile文件中KERNEL_PATH设置和真实环境有点不一样，修改makefile文件中的路径就行了。

修改后：

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

编译经过：

3、实验体会

　　此次实验咱们尝试了不少遍。一开始配置环境时一路顺风让咱们小小的得意了一下。可是后面当咱们好不容易能够编译驱动又怎么也make不出来。在多方研究下，咱们发现makefile有问题，与实验书中不一样。因而咱们俩人配合，将makefile用按照实验书中一个个修改了路径。才使得编译成功。以后，咱们用gcc测试，又发现没有创建节点。创建好节点以后，insmod一下才终于能够运行。这一次实验，出现问题之后，咱们没有互相埋怨，而是不断努力寻找问题缘由，询问同窗。在改makefile时也体现了团队合做的默契度。最终成功完成了实验四的内容。