20172018120155315《信息安全系统设计基础》实验四外设驱动程序设计

实验内容

• 学习资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章
• 在Ubuntu完成资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章的test试验

实验知识点

• linux设备驱动
• 设备驱动与外界接口
  • LCD设备驱动
  • 块设备驱动
• test试验

实验步骤

&＃xff08;一&＃xff09;学习linux设备驱动

• 模块相关命令
  • lsmod列出当前系统中加载的模块&＃xff0c;其中左边第一列是模块名&＃xff0c;第二列是该模块大小&＃xff0c;第三列则是该模块使用的数量。
  • rmmod是用于将当前模块卸载。
  • nsmod和modprobe是用于加载当前模块&＃xff0c;但insmod不会自动解决依存关系&＃xff0c;而modprobe则可以根据模块间依存关系以及/etc/modules.conf文件中的内容自动插入模块。
  • mknod是用于创建相关模块。
• Linux输入/输出系统中各层次结构和功能
• 设备驱动程序与外界的接口
  
  • 驱动程序与操作系统内核的接口&＃xff1a;这是通过数据结构file_operations&＃xff08;在本书后面会有详细介绍&＃xff09;来完成的。
  • 驱动程序与系统引导的接口&＃xff1a;这部分利用驱动程序对设备进行初始化。
  • 驱动程序与设备的接口&＃xff1a;这部分描述了驱动程序如何与设备进行交互&＃xff0c;这与具体设备密切相关。
• 笔记&＃xff1a;
  
  
  
  

&＃xff08;二&＃xff09;test试验

• 该实验是编写最简单的字符驱动程序&＃xff0c;这里的设备也就是一段内存&＃xff0c;实现简单的读写功能&＃xff0c;并列出常用格式的Makefile以及驱动的加载和卸载脚本。读者可以熟悉字符设备驱动的整个编写流程。
• 编写代码&＃xff1a;

/* test_drv.c */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define TEST_DEVICE_NAME "test_dev"
#define BUFF_SZ 1024/*全局变量*/
static struct cdev test_dev;
unsigned int major &＃61;0;
static char *data &＃61; NULL;/*读函数*/
static ssize_t test_read(struct file *file,
char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)
{int len;if (count <0 ){return -EINVAL;}len &＃61; strlen(data);count &＃61; (len > count)?count:len;if (copy_to_user(buf, data, count)) /* 将内核缓冲的数据拷贝到用户空间*/{return -EFAULT;}return count;
}/*写函数*/
static ssize_t test_write(struct file *file, const char *buffer,
size_t count, loff_t *f_pos)
{if(count <0){return -EINVAL;}memset(data, 0, BUFF_SZ);count &＃61; (BUFF_SZ > count)?count:BUFF_SZ;if (copy_from_user(data, buffer, count)) /* 将用户缓冲的数据复制到内核空间*/{return -EFAULT;}return count;
}/*打开函数*/
static int test_open(struct inode *inode, struct file *file)
{printk("This is open operation\n");/* 分配并初始化缓冲区*/data &＃61; (char*)kmalloc(sizeof(char) * BUFF_SZ, GFP_KERNEL);if (!data){return -ENOMEM;}memset(data, 0, BUFF_SZ); return 0;
}/*关闭函数*/
static int test_release(struct inode *inode,struct file *file){printk("This is release operation\n");if (data){kfree(data); /* 释放缓冲区*/data &＃61; NULL; /* 防止出现野指针 */}return 0;
}/* 创建、初始化字符设备&＃xff0c;并且注册到系统*/
static void test_setup_cdev(struct cdev *dev, int minor,struct file_operations *fops)
{int err, devno &＃61; MKDEV(major, minor);cdev_init(dev, fops);dev->owner &＃61; THIS_MODULE;dev->ops &＃61; fops;err &＃61; cdev_add (dev, devno, 1);if (err){printk (KERN_NOTICE "Error %d adding test %d", err, minor);}
}/* 虚拟设备的file_operations结构 */
static struct file_operations test_fops &＃61;
{.owner &＃61; THIS_MODULE,.read &＃61; test_read,.write &＃61; test_write,.open &＃61; test_open,.release &＃61; test_release,
};/*模块注册入口*/
int init_module(void)
{int result;dev_t dev &＃61; MKDEV(major, 0);if (major){/* 静态注册一个设备&＃xff0c;设备号先前指定好&＃xff0c;并设定设备名&＃xff0c;用cat /proc/devices来查看 */result &＃61; register_chrdev_region(dev, 1, TEST_DEVICE_NAME);}else {result &＃61; alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, TEST_DEVICE_NAME);}if (result <0) {printk(KERN_WARNING "Test device: unable to get major %d\n", major);return result;}test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops);printk("The major of the test device is %d\n", major);return 0;
}/*卸载模块*/
void cleanup_module(void)
{cdev_del(&test_dev);unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);printk("Test device uninstalled\n");
}

• 编译代码&＃xff1a;Makefile

ifeq ($(KERNELRELEASE),)
KERNELDIR ?&＃61; /lib/modules/$(shell uname -r)/build /*内核代码编译路径*/
PWD :&＃61; $(shell pwd)
modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M&＃61;$(PWD) modules
modules_install:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M&＃61;$(PWD) modules_install
clean:rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions
.PHONY: modules modules_install clean
elseobj-m :&＃61; test_drv.o /* 将生成的模块为test_drv.ko*/
endif

• 加载脚本&＃xff1a;

#!/bin/sh# 驱动模块名称
module&＃61;"test_drv" # 设备名称。在/proc/devices中出现
device&＃61;"test_dev" # 设备文件的属性
mode&＃61;"664"
group&＃61;"david" # 删除已存在的设备节点
rm -f /dev/${device} # 加载驱动模块
/sbin/insmod -f ./$module.ko $* || exit 1# 查到创建设备的主设备号
major&＃61;&＃96;cat /proc/devices | awk "\\$2&＃61;&＃61;\"$device\" {print \\$1}"&＃96;# 创建设备文件节点
mknod /dev/${device} c $major 0# 设置设备文件属性
chgrp $group /dev/${device}
chmod $mode /dev/${device}

• 卸载脚本&＃xff1a;

#!/bin/sh
module&＃61;"test_drv"
device&＃61;"test_dev"# 卸载驱动模块
/sbin/rmmod $module $* || exit 1# 删除设备文件
rm -f /dev/${device}exit 0

• 测试代码&＃xff1a;

/* test.c */
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define TEST_DEVICE_FILENAME "/dev/test_dev" /* 设备文件名*/
#define BUFF_SZ 1024 /* 缓冲大小 */int main()
{int fd, nwrite, nread;char buff[BUFF_SZ]; /*缓冲区*//* 打开设备文件 */fd &＃61; open(TEST_DEVICE_FILENAME, O_RDWR);if (fd <0){perror("open");exit(1);}do{printf("Input some words to kernel(enter &＃39;quit&＃39; to exit):");memset(buff, 0, BUFF_SZ);if (fgets(buff, BUFF_SZ, stdin) &＃61;&＃61; NULL){perror("fgets");break;}buff[strlen(buff) - 1] &＃61; &＃39;\0&＃39;;if (write(fd, buff, strlen(buff)) <0) /* 向设备写入数据 */{perror("write");break;}if (read(fd, buff, BUFF_SZ) <0) /* 从设备读取数据 */{perror("read");break;}else{printf("The read string is from kernel:%s\n", buff);}} while(strncmp(buff, "quit", 4));close(fd);exit(0);
}

• 运行截图&＃xff1a;
  

• 主要问题&＃xff1a;一开始make的时候总是出现“没有可以为了什么做”的错误&＃xff0c;重新make clean、make之后就可以了&＃xff0c;但是在编译的时候总是找不到文件&＃xff0c;需要加上运行权限运行才可以。

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