Linux硬件设备访问

最新推荐文章于 2024-07-26 09:28:32 发布

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#驱动 #硬件

本文详细介绍了Linux中使用mmap进行设备操作，包括mmap系统调用的参数解析、虚拟内存区域、vm_area_struct结构以及如何通过remap_pfn_range建立页表。此外，还探讨了硬件访问的差异，如寄存器与内存的区别、I/O空间与内存空间，并展示了如何操作I/O端口和内存。最后，提到了混杂设备驱动和LED驱动程序设计的基本概念。

摘要生成于 C知道，由 DeepSeek-R1 满血版支持，前往体验 >

一、mmap设备操作

1、mmap系统调用

void *mmap(void * addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset)

返回值：内存映射的首地址（虚拟映射区首地址）。

功能：内存映射函数mmap，负责把文件内容映射到进程的虚拟内存空间，通过对这段内存的读取和修改（使用指针），来实现对文件的读取和修改，而不需要再调用read，write等操作。实际上内核和应用程序都是使用的虚拟地址，我们不会对物理地址直接操作，而是通过映射将物理地址转化为虚拟地址，然后对虚拟地址操作来实现对物理地址的操作。

参数：addr：指定映射的起始地址，通常设为NULL，由系统指定。

len：映射到内存的文件长度

prot：映射区的保护方式，可以是：

PROT_EXEC：映射区可被执行

PROT_READ：映射区可被读取

PROT_WRITE：映射区可被写入

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会产生一个映射区的复制（copy-on-write），对此区域所做的修改不会写回原文件。

fd：由open返回的文件描述符，代表要映射的文件

offset：以文件开始处的偏移量，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。

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表示欲取消的内存大小。

返回值：解除成功返回0，否则返回-1，错误原因存于errno中。

实例分析：mmap系统调用

//printf输入输出函数需要的头文件
#include <stdio.h>

//open系统调用需要的头文件
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>


//close需要的头文件
#include<unistd.h>

//mmap/munmap需要的头文件
#include<sys/mman.h>

//strcpy需要的头文件
#include<string.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); //注意：mmap不会改变原有文件的长度，也就是说原有文件有多长，我们才能写入多长，多出来的部分，会被舍弃。

/* 读出数据 */
strcpy(buf,start);
printf("buf = %s\n",buf);

/* 写入数据 */
strcpy(start,"Buf Is Not Null!"); //mmap不会影响原有文件的长度；所以原来有多长，就会写入多长

munmap(start,100); /*解除映射*/
close(fd);  

return 0; 
}

2、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个部分组成：程序代码、数据、BSS和栈区域，以及内存映射的区域。

一个进程的内存区域可以通过查看/proc/pid(1)/maps

001f6000-00231000 r-xp 00000000 fd:00 263878 /lib/libsepol.so.1
00231000-00232000 rw-p 0003a000 fd:00 263878 /lib/libsepol.so.1
00232000-0023c000 rw-p 00232000 00:00 0
0023e000-00253000 r-xp 00000000 fd:00 263879 /lib/libselinux.so.1
00253000-00255000 rw-p 00015000 fd:00 263879 /lib/libselinux.so.1
00451000-00452000 r-xp 00451000 00:00 0 [vdso]
009a2000-009bb000 r-xp 00000000 fd:00 263818 /lib/ld-2.5.so
009bb000-009bc000 r--p 00019000 fd:00 263818 /lib/ld-2.5.so
009bc000-009bd000 rw-p 0001a000 fd:00 263818 /lib/ld-2.5.so

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