20145211《信息安全系統設計基礎》實驗四 驅動程序設計

課程：信息安全系統設計基礎
班級：1452 1453
姓名：黃志遠  王亦徐
學號：20145211 20145311
實驗日期：2016.11.24

實驗時間：10:10-12:25

實驗名稱：外設驅動程序設計

實驗目的與要求：

1.掌握實時系統應用和驅動程序的編寫
2.選擇某個接口電路

實驗儀器：

實驗儀器	型號	數量
計算機	Lenovo	1
虛擬Linux環境	Redhat 9.0	1
Arm開發板	UP-NETARM2410-CL	1

 

1、實驗內容

1.閱讀和理解源代碼

(1)功能

• demo_read,demo_write 函數完成驅動的讀寫接口功能，do_write 函數實現將用戶寫入的數據逆序排列，經過讀取函數讀取轉換後的數據。這裏只是演示接口的實現過程和內核驅動對用戶的數據的處理。

（2）源代碼框架

#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）註釋

將驅動映射爲標準接口

• static struct file_operations demo_fops = {…}完成了將驅動函數映射爲
  標準接口。

驅動向內核註冊

• devfs_registe（）和 register_chrdev（）函數完成將驅動向內核註冊。

Open方法

• Open 方法提供給驅動程序初始化設備的能力，從而爲之後的設備操做作好準備，此外open操做通常還會遞增使用計數，用以防止文件關閉前模塊被卸載出內核。

  - 遞增使用計數 - 檢查特定設備錯誤。 - 若是設備是首次打開，則對其進行初始化。 - 識別次設備號，若有必要修改 f_op 指針。 - 分配並填寫 filp->private_data 中的數據。

Release 方法

• 與 open 方法相反，release 方法應完成以下功能：

  - 釋放由 open 分配的 filp->private_data 中的全部內容 - 在最後一次關閉操做時關閉設備 - 使用計數減一

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 方法完成將數據從內核拷貝到應用程序空間，write 方法相反，將數據從應用程
  序空間拷貝到內核。對於者兩個方法，參數 filp 是文件指針，count 是請求傳輸數據的長
  度，buffer 是用戶空間的數據緩衝區，ppos 是文件中進行操做的偏移量，類型爲 64 位數。

• 因爲用戶空間和內核空間的內存映射方式徹底不一樣，因此不能使用象 memcpy 之類的函數，
  必須使用以下函數：

  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 方法主要用於對設備進行讀寫以外的其餘控制，好比配置設備、進入或退出某種
  操做模式，這些操做通常都沒法經過 read/write 文件操做來完成。

編寫中斷處理函數的注意事項：

• 中斷處理程序與普通C代碼沒有太大不一樣，不一樣的是中斷處理程序在中斷期間運行，它有以下限制：

  不能向用戶空間發送或接受數據
  不能執行有睡眠操做的函數
  不能調用調度函數

使用/proc文件系統

• /proc 文件系統是由程序建立的文件系統，內核利用它向外輸出信息。/proc 目錄下的
  每個文件都被綁定到一個內核函數，這個函數在此文件被讀取時，動態地生成文件的內
  容。
• 大多數狀況下 proc 目錄下的文件是隻讀的。使用/proc 的模塊必須包 含
  頭文件

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 redha

• 附：
  - ln指令的用法是鏈接，使用格式是ln [options] source dist，這裏咱們用到的sf參數的含義是：

  -f：連接時先將與dist同檔名的檔案刪除 -s：進行軟連接。（軟連接，又稱符號連接，這個文件包含了另外一個文件的路徑名，特色是能夠連接不一樣文件系統的文件，甚至能夠連接不存在的文件。）

3.測試驅動程序

(1)創建設備節點

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

(2)插入驅動模塊demo.o

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

(3)使用測試程序進行測試

- 成功後會出現下面的結果：  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#### 

(4)測試讀過程

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!

2、遇到的問題

1.須要修改makefile

makefile中兩行宏變量定義用於使用armv4l-unknown-linux-gcc編譯器編譯驅動：

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

因爲makefile文件中KERNEL_PATH設置和真實環境有點不一樣，修改makefile文件中的路徑就行了。

修改後：

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

編譯經過：

3、實驗體會

　　此次實驗咱們嘗試了不少遍。一開始配置環境時一路順風讓咱們小小的得意了一下。可是後面當咱們好不容易能夠編譯驅動又怎麼也make不出來。在多方研究下，咱們發現makefile有問題，與實驗書中不一樣。因而咱們倆人配合，將makefile用按照實驗書中一個個修改了路徑。才使得編譯成功。以後，咱們用gcc測試，又發現沒有創建節點。創建好節點以後，insmod一下才終於能夠運行。這一次實驗，出現問題之後，咱們沒有互相埋怨，而是不斷努力尋找問題緣由，詢問同窗。在改makefile時也體現了團隊合做的默契度。最終成功完成了實驗四的內容。