信息安全系統設計基礎實驗四

北京電子科技學院（BESTI）

實     驗    報     告

　　　　　　　　　　　　　　課程：信息安全系統設計基礎                  班級： 1352班             

　　　　　　　　　　　　　　姓名：（按貢獻大小排名）馬悅、益西拉姆、銀雪純

　　　　　　　　　　　　　　學號：（按貢獻大小排名）2013523五、2013523九、20125221

　　　　　　　　　　　　　　成績：            指導教師：婁嘉鵬            實驗日期：2015.12.1

　　　　　　　　　　　　　　實驗密級：        預習程度：        實驗時間：15:30—18:00

　　　　　　　　　　　　　　儀器組次：        必修/選修：必修            實驗序號：四

　　　　　　　　　　　　　　實驗名稱：內核驅動設計入門－模塊方式驅動實驗

　　　　　　　　　　　　　　實驗目的與要求：

　　　　　　　　　　　　　　一、學習在 LINUX 下進行驅動設計的原理。

　　　　　　　　　　　　　　二、掌握使用模塊方式進行驅動開發調試的過程。

　　　　　　　　　　　　　　實驗儀器：

名稱	型號	數量
計算機		1
嵌入式開發平臺	UP-NETARM2410-CL	1

1、實驗內容

　　　在 PC 機上編寫簡單的虛擬硬件驅動程序並進行調試，實驗驅動的各個接口函數的實現,分析並理解驅動與應用程序的交互過程。

2、實驗原理

　　　Linux 中的驅動設計是嵌入式Linux 開發中十分重要的部分，它要求開發者不只要熟悉Linux 的內核機制、驅動程序與用戶級應用程序的接口關係、考慮系統中對設備的併發操做等等，並且還要很是熟悉所開發硬件的工做原理。這對驅動開發者提出了比較高的要求，這個實驗主要是給你們進入驅動設計提供一個簡單入門的一個實例，並不須要提供太多與硬件相關的內容，這部分應該是經過仔細閱讀芯片廠家提供的資料來解決。

　　　驅動程序的做用是應用程序與硬件之間的一箇中間軟件層，驅動程序應該爲應用程序展示硬件的全部功能，不該該強加其餘的約束，對於硬件使用的權限和限制應該由應用程序層控制。可是有時驅動程序的設計是跟所開發的項目相關的，這時就可能在驅動層加入一些與應用相關的設計考慮，主要是由於在驅動層的效率比應用層高，同時爲了項目的須要可能只強化或優化硬件的某個功能，而弱化或關閉其餘一些功能；到底須要展示硬件的哪些功能全都由開發者根據須要而定。驅動程序有時會被多個進程同時使用，這時咱們要考慮如何處理併發的問題，就須要調用一些內核的函數使用互斥量和鎖等機制。

　　　驅動程序主要須要考慮下面三個方面：提供儘可能多的選項給用戶，提升驅動程序的速度和效率，儘可能使驅動程序簡單，使之易於維護。

　　　Linux 的驅動開發調試有兩種方法，一種是直接編譯到內核，再運行新的內核來測試；二是編譯爲模塊的形式，單獨加載運行調試。第一種方法效率較低，但在某些場合是惟一的方法。模塊方式調試效率很高，它使用insmod 工具將編譯的模塊直接插入內核，若是出現故障，可使用rmmod 從內核中卸載模塊。不須要從新啓動內核，這使驅動調試效率大大提升。咱們的實驗在PC 機和UP-TECH S2410/P270 DVP 上均可以運行，編譯時使用不一樣的編譯器就能夠了。

3、實驗步驟

1、閱讀和理解源代碼

　  進入/arm2410cl/exp/drivers/01_demo，使用vi 編輯器或其餘編輯器閱讀理解源代碼。

2、編譯驅動模塊及測試程序

     上面介紹了在 Makefile 中有兩種編譯方法，能夠在本機上使用gcc 也可使用交叉編譯器進行編譯，這裏咱們只介紹用交叉編譯器進行編譯的結果。

 

注意：若是編譯的時候出現問題，多是在/usr/src 下沒有創建一個linux 鏈接，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 redhat

 

3、測試驅動程序

     若是使用 gcc 編譯的話，須要經過下面的命令來創建設備節點，若是使用交叉編譯器的話，不須要創建設備節點。

#mknod /dev/demo c 254 0

首先要插入驅動模塊demo.o，而後能夠用lsmod 命令來查看模塊是否已經被插入，在不使用該模塊的時候還能夠用rmmod 命令來將模塊卸載。

[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

 

下面使用測試程序來進行測試，按照上面步驟成功後會出現下面的結果：

[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

*****************************************************

 

若是模塊沒有成功插入的話，會出現下面的狀況：

[root@zxt 01_demo]# ./test_demo

####DEMO device open fail####

在驅動模塊成功插入後，會在/dev 下面創建一個叫作demo 的設備文件，咱們也可使用cat 命令來直接調用read 函數，來測試讀過程。

[root@zxt demo]# cat /dev/demo/0

device open success!

4、實驗體會

一、實驗中遇到的問題和解決方案

　　內核地址不正確致使調試不成功，使用命令「whereis」尋找到內核地址爲：/usr/src/linux-headers-3.2.0-29-generic-pae/kernel # /lib/modules/$(shell uname -r)/build/

二、體會

　　本次實驗爲模塊方式驅動，由於本次實驗沒有要求編寫代碼，只要求讀懂代碼並對其進行調試，故進行比較順利。雖然調試過程當中出現了一些問題，但在同窗的幫助下將問題順利解決了。對本次實驗的代碼研究的還不是特別深刻，但在之後的學習中，定會將其深刻理解。