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