《信息安全系统设计基础》实验四实验报告
课程：信息安全系统设计基础
姓名： 20145236 冯 佳 20145206 邹京儒
班级：1452
指导教师：娄嘉鹏
实验日期：2016.11.10
实验名称： 外设驱动程序设计
实验目的与要求：
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在掌握基于 S3C2410 的 linux 开发环境的配置和使用的基础上进行交叉编译。 -
理解驱动程序的一般设计方法。 -
（要求）正确使用连接线等实验仪器，并注意保护实验箱。实验结束之后将实验箱送回。
实验内容、步骤与体会：
一、实验内容
（同实验一）本次实验建立在掌握嵌入式开发平台使用方法和配置方法的基础上，要求使用windows xp,linux(red hat),arm三个系统（即NFS方式）；在linux系统中安装arm系统，然后对01_demo文件夹中的.c文件进行交叉编译。
二、实验原理
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什么是驱动程序？
- 目的：驱动程序是应用程序和硬件之间的一个软件层，为（许多个）应用程序提供硬件的所有功能。为了处理并发的情况，还需要考虑互斥量和锁等机制。
- 特点：应用程序一般有一个 main 函数，从头到尾执行一个任务；驱动程序却不同，它没有main函数，通过使用宏module_init(初始化函数名)。
- 用法：将初始化函数加入内核全局初始化函数列表中，在内核初始化时执行驱动的初始化函数，从而完成驱动的初始化和注册，之后驱动便停止等待被应用软件调用。驱动程序中有一个宏moudule_exit(退出处理函数名)注册退出处理函数。它在驱动退出时被调用。
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主要代码：
test_demo.c
#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>//其中定义了很多宏和诸如open,close函数
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>//ioctl函数的头文件
void showbuf(char *buf);
int MAX_LEN=32;
int main()
{
int fd;
int i;
char buf[255];
for(i=0; i<MAX_LEN; i++){//给数组元素依次赋值
buf[i]=i;
}
fd=open("/dev/demo",O_RDWR);//以既可以读又可以写的方式打开文件
if(fd < 0){
printf("####DEMO device open fail####\n");
return (-1);
}
printf("write %d bytes data to /dev/demo \n",MAX_LEN);
showbuf(buf);//先显示一下要写入什么，然后写入
write(fd,buf,MAX_LEN);
printf("Read %d bytes data from /dev/demo \n",MAX_LEN);
read(fd,buf,MAX_LEN);
showbuf(buf);//先读出来字符串到buf中，再显示
ioctl(fd,1,NULL);
ioctl(fd,4,NULL);
close(fd);
return 0;
}
void showbuf(char *buf)
{
int i,j=0;
for(i=0;i<MAX_LEN;i++){
if(i%4 ==0)
printf("\n%4d: ",j++);
printf("%4d ",buf[i]);
}
printf("\n*****************************************************\n");
}
这段代码很简单，然而会出现一个疑问：write函数、read函数在哪里定义的？ioctl函数优势做什么的？于是我接下来查看了实验指导书的原理部分和demo.c代码。
其实，上面这段代码中出现的函数都在demo.c代码中有了定义。比如，ioctl函数的定义（严格说来，驱动程序里定义的是方法）：
static int demo_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
printk("ioctl runing\n");
switch(cmd){
case 1:printk("runing command 1 \n");break;
case 2:printk("runing command 2 \n");break;
default:
printk("error cmd number\n");break;
}
return 0;
}
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。
三、实验过程
1.配置实验箱
- 同实验一中一样，配置实验环境
- 连接arm开发板；
- 建立超级终端；
- 启动实验平台；
- 修改windows xp系统的ip使得它与arm机的ip在同一网段;
- 在red hat中安装arm编译器;
- 配置环境变量。
2.进入01_demo文件夹中，尝试直接make进行自动编译。出现如下图所示的错误。
按照指导书的提示，进行如下操作建立linux连接：
cd /usr/src/
ln -sf linux-2.4.20-8 linux
ls
（结果）debug linux linux-2.4 linux-2.4.20-8 redhat
然而，仍然出现上图的错误。
3.这时，尝试按照如下内容修改01_demo文件夹中的Makefile.
KERNELDIR = /usr/src/linux
KERNELDIR = /arm2410cl/ kernel/linux-2.4.18-2410cl/
INCLUDEDIR = $(KERNELDIR)/include
CROSS_COMPILE=armv41-unknown-linux-
AS =$(CROSS_COMPILE)as
LD =$(CROSS_COMPILE)ld
CC =$(CROSS_COMPILE)gcc
CPP =$(CC) -E
AR =$(CROSS_COMPILE)ar
NM =$(CROSS_COMPILE)nm
STRIP =$(CROSS_COMPILE)strip
OBJCOPY =$(CROSS_COMPILE)objcopy
OBJDUMP =$(CROSS_COMPILE)objdump
CFLAGS += -I..
CFLAGS += -Wall -O -D__KERNEL__ -DMODULE -I$(INCLUDEDIR)
TARGET = demo
OBJS = demo.o hello.o
SRC = demo.c hello.c
all: $(OBJS)
demo.o: demo.c
$(CC) -c $(CFLAGS) $^ -o $@
hello.o:hello.c
$(CC) -c $(CFLAGS) $^ -o $@
install:
install -d $(INSTALLDIR)
install -c $(TARGET).o $(INSTALLDIR)
clean:
rm -f *.o *~ core .depend
4.再次进行make之后，系统不再提示错误。然而少了最后对于testdemo.c的编译。于是，我们进行了手动编译。最后执行./testdemo，结果如下：
四、实验中遇到的问题及总结
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需要修改makefile：
#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- -
在本次实验中，当实验进行当编译那一步时总是出错，无法显现出指导书上那样正确的情况。
解决方法：在实验中，编译我们使用了make的方法。修改虚拟机中的makefie，内容如指导书。但是应该用GCC编译，补上相关语句，修改MAKEFILE即可成功。 -
插入驱动模块失败如下：
[root@zxt 01_demo]# ./test_demo
####DEMO device open fail####
这个主要是因为，因为手动编译代码太为繁琐，我们选择了用make的方法，将Makefile稍微修改后就可以使用，但是我们错误的默认了make使用交叉编译，而实际上是用的gcc编译，所以缺少了设备节点的建立，补上这一步骤之后就成功了。
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