Mmap设备方法---那些年我们一起玩嵌入式驱动
2012-06-29 21:04
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mmap设备方法）
Mmap系统调用（功能）
Void* mmap(void * add, size_t len , int prot, int flags, int fd, off_t offset)
Mmap系统调用（参数）
*Addr
指定映射的起始地址，通常设为NULL，由系统指定。
*Length:
映射到内存的文件长度
*port:
映射区的保护方式，可以是：
PROT_EXEC:映射区可被执行；
PROT_READ:映射去可被读取；
PROT_WRITE:映射区可被写入；
PROT_NONE:映射区不能存取；
*flags:
映射区的特性，可以是：
# MAP_SHARED:
写入映射区的数据会复制回文件，且允许其他映射该文件的进程共享。
#MAP_PRIVATE:
对映射区的写入操作产生一个映射区的复制（copy-on-write）,对此区域所做的修改不会协会原文件。
Fd:
由open返回的文件描述符，代表要映射的文件。
Offset:
以文件开始处偏移量，必须是分页大小的整数倍，通常为0，表示从文件头开始映射。
内存映射函数mmap，负责把文件内容映射到进程的虚拟空间，通过对这段内存的读取和修改，来实现对文件的读取和修改，而不需要在调用read,write等操作。
左边是进程的虚拟地址空间；右边是文件；
解除映射
Int munmap(void *start，size_t length)
功能：
取消参数start所指向的映射内存，参数length表示与取消的内存的大小。
（start所指向的映射内存，即mmap()的返回值）
返回值：
解除成功返回0，否则返回-1，错误原因存在errno中。
源程序：
示例：
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mma.h>
Int main()
{
int fd;
char *start;
char buf[100];
/*打开文件*/
fd=open(“testfile”,O_RDWR);
start=mmap(NULL,100,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0); //把文件testfile进程映射到虚拟空间中去
//映射文件的地址直接通过start返回，以后操作文件就直接使用这个地址
/*读出数据*/
Strcpy(buf,start);/*把buf中的内容直接拷贝到start中去*/
printf(“buf=%s\n”,buf);
/*写入数据*/
Strcpy(start,”buf is not null!”);/*把字符串直接写到start中*/
Munmap(start,100);/*解除映射*/
close(fd); /*关闭文件*/
return 0；
}
源文件：
1. 通过mmap函数返回映射地址（初始位置）start;
2. 利用返回的start地址通过strcpy()写入、读出函数；
3. 读写完后，接触映射；
虚拟内存区域
虚拟内存区域是进程的虚拟地址空间中的一个同质区间，即具有同样特性的连续地址范围。一个进程的内存映像由下面几部分组成：程序代码、数据、BSS和栈区域，以及内存映射的区域。
虚拟内存区域：
每一行的域为：
Start _end perm offset major: minor inode
*start:该区域起始虚拟地址
*end：该区域结束虚拟地址
*perm :读、写和执行权限；表示对这个区域，允许进程做什么。这个区域的最后一个字符要么是P表示私有的，要么是s表示共享的。
*offset :被映射部分在文件中的起始地址
*major、minor：主设备号；
*inode :索引节点
Vm_area_struct
Linux内核使用结构vm_area_struct
(<linux/mm_types.h>)来描述虚拟内存区域，其中几个主要的成员如下：
*unsigned long vm_start
虚拟内存区域起始地址
*unsigned long vm_end
虚拟内存区域结束地址
*unsigned long vm_flags
该区域的标记。如：VM_IO和VM_RESERVED
VM_IO将该VMA标记为内存映射的IO区域，
VM_IO会阻止系统将该区域包含在进程的存放转存（core dump）中，VM_RESERVED标志内存区域不能被换出。
Mmap设备操作
映射一个设备是指把用户空间的一段地址关联到设备内存上。当程序读写这段用户空间的地址时，它实际上是在访问设备。
Mmap设备操作
Mmap设备方法需要完成什么功能？
Mmap方法是file_oprations结构的成员，在mmap系统调用发出时被调用。在此之前，内核已经完成了很多工作。mmap设备方法所需要做的就是建立虚拟地址到物理地址的页表。
内核可以帮我找到一块可以用的虚拟地址，怎么告诉我？
就是通过struct vm_area_struct
参数告诉我的。
Mmap如何完成页表的建立？
方法有二：
1. 使用remap_pfn_range一次建立所有页表；
2. 使用nopage VMA方法每次建立一个页表。
我们使用的是第一种：remap_pfn_range一次建立所有页表；
Vma :（内核帮我们找到的虚拟内核区间）
虚拟内存区域指针
Virt_addr:（关联的虚拟地址）
虚拟地址的起始值；
Pfn:（关联的物理地址）
要映射的物理地址所在的物理页帧号，可将物理地址>>PAGE_SHIRT得到。
>>PAGE_SHIRT（PAGE_SHIRT是12，即右移12位，相当于除以4k）
Size:（关联的长度多大）
要映射的区域的大小
Prot:（关联的属性）
VMA的保护属性
分析思路顺序按照如下颜色；
思路一：在file_operations结构体中添加mmap函数；
思路二：实现mmap函数、如上；
驱动中的mmap函数：
1. 设置属性；
2. 建立虚拟地址到物理地址的页表；
Mmap系统调用（功能）
Void* mmap(void * add, size_t len , int prot, int flags, int fd, off_t offset)
Mmap系统调用（参数）
*Addr
指定映射的起始地址，通常设为NULL，由系统指定。
*Length:
映射到内存的文件长度
*port:
映射区的保护方式，可以是：
PROT_EXEC:映射区可被执行；
PROT_READ:映射去可被读取；
PROT_WRITE:映射区可被写入；
PROT_NONE:映射区不能存取；
*flags:
映射区的特性，可以是：
# MAP_SHARED:
写入映射区的数据会复制回文件，且允许其他映射该文件的进程共享。
#MAP_PRIVATE:
对映射区的写入操作产生一个映射区的复制（copy-on-write）,对此区域所做的修改不会协会原文件。
Fd:
由open返回的文件描述符，代表要映射的文件。
Offset:
以文件开始处偏移量，必须是分页大小的整数倍，通常为0，表示从文件头开始映射。
内存映射函数mmap，负责把文件内容映射到进程的虚拟空间，通过对这段内存的读取和修改，来实现对文件的读取和修改，而不需要在调用read,write等操作。
左边是进程的虚拟地址空间；右边是文件；
解除映射
Int munmap(void *start，size_t length)
功能：
取消参数start所指向的映射内存，参数length表示与取消的内存的大小。
（start所指向的映射内存，即mmap()的返回值）
返回值：
解除成功返回0，否则返回-1，错误原因存在errno中。
源程序：
示例：
#include<stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/types.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/mma.h>
Int main()
{
int fd;
char *start;
char buf[100];
/*打开文件*/
fd=open(“testfile”,O_RDWR);
start=mmap(NULL,100,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0); //把文件testfile进程映射到虚拟空间中去
//映射文件的地址直接通过start返回，以后操作文件就直接使用这个地址
/*读出数据*/
Strcpy(buf,start);/*把buf中的内容直接拷贝到start中去*/
printf(“buf=%s\n”,buf);
/*写入数据*/
Strcpy(start,”buf is not null!”);/*把字符串直接写到start中*/
Munmap(start,100);/*解除映射*/
close(fd); /*关闭文件*/
return 0；
}
源文件：
1. 通过mmap函数返回映射地址（初始位置）start;
2. 利用返回的start地址通过strcpy()写入、读出函数；
3. 读写完后，接触映射；
虚拟内存区域
虚拟内存区域是进程的虚拟地址空间中的一个同质区间，即具有同样特性的连续地址范围。一个进程的内存映像由下面几部分组成：程序代码、数据、BSS和栈区域，以及内存映射的区域。
虚拟内存区域：
每一行的域为：
Start _end perm offset major: minor inode
*start:该区域起始虚拟地址
*end：该区域结束虚拟地址
*perm :读、写和执行权限；表示对这个区域，允许进程做什么。这个区域的最后一个字符要么是P表示私有的，要么是s表示共享的。
*offset :被映射部分在文件中的起始地址
*major、minor：主设备号；
*inode :索引节点
Vm_area_struct
Linux内核使用结构vm_area_struct
(<linux/mm_types.h>)来描述虚拟内存区域，其中几个主要的成员如下：
*unsigned long vm_start
虚拟内存区域起始地址
*unsigned long vm_end
虚拟内存区域结束地址
*unsigned long vm_flags
该区域的标记。如：VM_IO和VM_RESERVED
VM_IO将该VMA标记为内存映射的IO区域，
VM_IO会阻止系统将该区域包含在进程的存放转存（core dump）中，VM_RESERVED标志内存区域不能被换出。
Mmap设备操作
映射一个设备是指把用户空间的一段地址关联到设备内存上。当程序读写这段用户空间的地址时，它实际上是在访问设备。
Mmap设备操作
Mmap设备方法需要完成什么功能？
Mmap方法是file_oprations结构的成员，在mmap系统调用发出时被调用。在此之前，内核已经完成了很多工作。mmap设备方法所需要做的就是建立虚拟地址到物理地址的页表。
内核可以帮我找到一块可以用的虚拟地址，怎么告诉我？
就是通过struct vm_area_struct
参数告诉我的。
Mmap如何完成页表的建立？
方法有二：
1. 使用remap_pfn_range一次建立所有页表；
2. 使用nopage VMA方法每次建立一个页表。
我们使用的是第一种：remap_pfn_range一次建立所有页表；
Vma :（内核帮我们找到的虚拟内核区间）
虚拟内存区域指针
Virt_addr:（关联的虚拟地址）
虚拟地址的起始值；
Pfn:（关联的物理地址）
要映射的物理地址所在的物理页帧号，可将物理地址>>PAGE_SHIRT得到。
>>PAGE_SHIRT（PAGE_SHIRT是12，即右移12位，相当于除以4k）
Size:（关联的长度多大）
要映射的区域的大小
Prot:（关联的属性）
VMA的保护属性
分析思路顺序按照如下颜色；
思路一：在file_operations结构体中添加mmap函数；
思路二：实现mmap函数、如上；
驱动中的mmap函数：
1. 设置属性；
2. 建立虚拟地址到物理地址的页表；
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