20145302张薇 20145308刘昊阳 《信息安全系统设计基础》实验四：外设驱动设备设计

20145302张薇 20145308刘昊阳 《信息安全系统设计基础》实验四：外设驱动设备设计 实验报告

北京电子科技学院（BESTI）

实 验 报 告

课程： 信息安全系统设计基础 班级：1453

学号姓名：（按贡献大小排名）20145302张薇 20145308刘昊阳

成绩： 指导教师：娄嘉鹏老师 实验日期：2016.11.24

实验密级：无 预习程度：已预习 实验时间：10：10—12：30

仪器组次： 必修/选修：必修 实验序号：4

实验名称： 外设驱动设备设计

实验目的与要求

掌握实时系统应用和驱动程序的编写

选择某个接口电路

实验仪器

名称	型号	数量
arm	UP-TECH	1
PC机	XP	1

实验内容与步骤

1.阅读和理解源代码

(1)功能

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。这里只是演示接口的实现过程和内核驱动对用户的数据的处理。

（2）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);

（3）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
- 在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

2.编译驱动模块及测试程序

上面介绍了在 Makefile 中有两种编译方法，可以在本机上使用 gcc 也可以使用交叉编译器进行编译，这里我们只介绍用交叉编译器进行编译的结果。

注意：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  redha

ln指令的用法是连接，使用格式是ln [options] source dist，这里我们用到的sf参数的含义是：

-f：链接时先将与dist同档名的档案删除

-s：进行软链接。（软链接，又称符号链接，这个文件包含了另一个文件的路径名，特点是可以链接不同文件系统的文件，甚至可以链接不存在的文件。）

3.测试驱动程序

(1)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

(2)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。

[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)使用测试程序进行测试

成功后会出现下面的结果：

[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
*****************************************************

如果模块没有成功插入的话，会出现下面的情况：

[root@zxt 01_demo]# ./test_demo
####DEMO  device open fail####

(4)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!

实验中遇到的问题

1.需要修改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：

#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。

修改为：

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