20145310《信息安全系统设计基础》实验四 外设驱动程序设计

20145310《信息安全系统设计基础》实验四 外设驱动程序设计

课程:信息安全系统设计基础
班级:1453
姓名:刘宇飞、赵一、何志威
学号:20145310、20145318、20145322
指导教师:娄嘉鹏
实验日期:2016.11.24
实验时间:10:00—12:00
仪器组次:
必修/选修:必修
实验序号:4
实验名称:外设驱动程序设计

实验目的与要求

学习在linux下进行程序驱动设计的原理
掌握使用模块方式进行驱动开发调试的过程
在PC机上编写简单的虚拟硬件驱动程序并进行调试,实验驱动的各个接口函数的实现
分析并理解驱动与应用程序的交互过程

实验过程

阅读和理解源代码

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);

其中,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。这里演示接口的实现过程和内核驱动对用户的数据的处理过程。

代码注释:

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
最后一次关闭操作时关闭设备
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代码没有太大不同,不同的是中断处理程序在中断期间运行,它有如下限制:
不能向用户空间发送或接受数据
不能执行有睡眠操作的函数
不能调用调度函数

使用/proc文件系统

/proc 文件系统是由程序创建的文件系统,内核利用它向外输出信息。/proc 目录下的
每一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。大多数情况下 proc 目录下的文件是只读的。使用/proc 的模块必须包含头文件.

编译驱动模块及测试程序

Makefile有两种编译方法——使用 gcc 也可以使用交叉编译器进行编译,这里使用的是交叉编译。

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

建立设备节点

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

插入驱动模块demo.o

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。

使用测试程序进行测试

成功后结果:

测试读过程

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!

实验心得与体会

本次实验能否运行成功的最重要一步就是修改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,所以一定要修改好Makefile中的路径,否则程序不可能make成功。同时也要搞懂代码,代码中有各种关于驱动接口的方法。这次实验还是要大家齐心协力,互相帮助,不懂的地方看实验书、问同学,才能最后成功运行。

posted @ 2016-12-06 17:06  20145310刘宇飞  阅读(181)  评论(0编辑  收藏  举报