【实验】虚拟驱动模拟实验

实验目的：掌握简单字符设备驱动设计规范模式，设备节点创建方式，应用程序的编写方法。
实验要求：1、使用内存模拟字符设备，实现读、写、定位的字符设备驱动程序；
2、编写应用程序、测试驱动；

1、编写驱动程序memdev.c，实现读、写、定位功能；
2、编写makefile文件；执行make，生成*.ko文件；
3、执行insmod命令，安装加载内核模块；
4、查看设备名、设备号，手工创建设备文件；
5、创建测试文件，编写测试程序；
6、编译运行测试文件。

若有能力，将此实验基于6410开发板实现。

实验结果

1.make
2.[root@localhost test]# ls
Makefile Module.symvers memdev.c~ memdev.mod.c memdev.o
Makefile~ memdev.c memdev.ko memdev.mod.o
[root@localhost test]# insmod memdev.ko
[root@localhost test]# lsmod
Module Size Used by
memdev 6020 0
vfat 13249 4
fat 45277 1 vfat
i915 23745 2

drm 67028 3 i915
ipt_MASQUERADE 6721 1
iptable_nat 9669 1
nf_nat 18669 2 ipt_MASQUERADE,iptable_nat

[root@localhost test]# rmmod memdev.ko
[root@localhost test]# ls
Makefile Module.symvers memdev.c~ memdev.mod.c memdev.o
Makefile~ memdev.c memdev.ko memdev.mod.o 结果
[root@localhost test]# lsmod
Module Size Used by
vfat 13249 4
fat 45277 1 vfat
i915 23745 2
drm 67028 3 i915
ipt_MASQUERADE 6721 1
iptable_nat 9669 1
nf_nat 18669 2 ipt_MASQUERADE,iptable_nat
nf_conntrack_ipv4 11717 3 iptable_nat
xt_state 6081 1
nf_conntrack 51977 5

ipt_MASQUERADE,iptable_nat,nf_nat,nf_conntrack_ipv4,xt_state

1.进入linux开发环境，创建一个文件夹
2.在自己建的文件夹下写入Makefile文件，生成 memdev.ko
3.memdev.ko 为加载到内核中声称的文件
4.加载文件到内核中,用到的命令为insmod memdev.ko
5.查看内核，用到的命令为lsmod，可以看出memdev已经被加载到内核中大小为5629 已经被调用0次
6.从内核中卸载memdev.ko，用到的命令为rmmod hello.ko

主要算法和程序清单

memdev.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/system.h>
#include <asm/uaccess.h>#include "memdev.h"static mem_major = MEMDEV_MAJOR;module_param(mem_major, int, S_IRUGO);struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/struct cdev cdev; /*文件打开函数*/
int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{struct mem_dev *dev;/*获取次设备号*/int num = MINOR(inode->i_rdev);if (num >= MEMDEV_NR_DEVS) sreturn -ENODEV;dev = &mem_devp[num];/*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/filp->private_data = dev;return 0;
}/*文件释放函数*/
int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{return 0;
}/*读函数*/
static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{unsigned long p =  *ppos;unsigned int count = size;int ret = 0;struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*//*判断读位置是否有效*/if (p >= MEMDEV_SIZE)return 0;if (count > MEMDEV_SIZE - p)count = MEMDEV_SIZE - p;/*读数据到用户空间*/if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count)){ret =  - EFAULT;}else{*ppos += count;ret = count;printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %d\n", count, p);}return ret;
}/*写函数*/
static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{unsigned long p =  *ppos;unsigned int count = size;int ret = 0;struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*//*分析和获取有效的写长度*/if (p >= MEMDEV_SIZE)return 0;if (count > MEMDEV_SIZE - p)count = MEMDEV_SIZE - p;/*从用户空间写入数据*/if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count))ret =  - EFAULT;else{*ppos += count;ret = count;printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %d\n", count, p);}return ret;
}/* seek文件定位函数 */
static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
{ loff_t newpos;switch(whence) {case 0: /* SEEK_SET */newpos = offset;break;case 1: /* SEEK_CUR */newpos = filp->f_pos + offset;break;case 2: /* SEEK_END */newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;break;default: /* can't happen */return -EINVAL;}if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE))return -EINVAL;filp->f_pos = newpos;return newpos;}/*文件操作结构体*/
static const struct file_operations mem_fops =
{.owner = THIS_MODULE,.llseek = mem_llseek,.read = mem_read,.write = mem_write,.open = mem_open,.release = mem_release,
};/*设备驱动模块加载函数*/
static int memdev_init(void)
{int result;int i;dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);/* 静态申请设备号*/if (mem_major)result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");else  /* 动态分配设备号 */{result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");mem_major = MAJOR(devno);}  if (result < 0)return result;/*初始化cdev结构*/cdev_init(&cdev, &mem_fops);cdev.owner = THIS_MODULE;cdev.ops = &mem_fops;/* 注册字符设备 */cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);/* 为设备描述结构分配内存*/mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);if (!mem_devp)    /*申请失败*/{result =  - ENOMEM;goto fail_malloc;}memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));/*为设备分配内存*/for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++) {mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);}return 0;fail_malloc: unregister_chrdev_region(devno, 1);return result;
}/*模块卸载函数*/
static void memdev_exit(void)
{cdev_del(&cdev);   /*注销设备*/kfree(mem_devp);     /*释放设备结构体内存*/unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/
}MODULE_AUTHOR("David Xie");
MODULE_LICENSE("GPL");module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);Makefile文件
KERNELDIR := /lib/modules/$(shell uname -r)/build
PWD := $(shell pwd)    obj-m := -DEXPORT_SYMTAB
obj-m := memdevd.o     all:make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) modulesclean:make -C /lib/modules/$(shell uname -r)/build M=$(PWD) cleanapp-mem.c
#include <stdio.h>int main(){FILE *fp0 = NULL;char Buf[4096];/*初始化Buf*/strcpy(Buf,"Mem is char dev!");printf("BUF: %s\n",Buf);/*打开设备文件*/fp0 = fopen("/dev/memdev0","r+");if (fp0 == NULL){printf("Open Memdev0 Error!\n");return -1;}/*写入设备*/fwrite(Buf, sizeof(Buf), 1, fp0);/*重新定位文件位置（思考没有该指令，会有何后果)*/fseek(fp0,0,SEEK_SET);/*清除Buf*/strcpy(Buf,"Buf is NULL!");printf("BUF: %s\n",Buf);/*读出设备*/fread(Buf, sizeof(Buf), 1, fp0);/*检测结果*/printf("BUF: %s\n",Buf);return 0;
}memdev.h
#ifndef _MEMDEV_H_
#define _MEMDEV_H_#ifndef MEMDEV_MAJOR
#define MEMDEV_MAJOR 251
#endif#ifndef MEMDEV_NR_DEVS
#define MEMDEV_NR_DEVS 2
#endif#ifndef MEMDEV_SIZE
#define MEMDEV_SIZE 4096
#endifstruct mem_dev
{                                                        char *data;                      unsigned long size;
};#endif /* _MEMDEV_H_ */

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