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 releasen"); 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 " initializedn"); return 0; } static void __exit demo_exit(void) { unregister_chrdev(demo_major, "demo"); kfree(demo_devices); printk(DEVICE_NAME " unloadedn"); } 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。

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