信息安全系统设计基础第四次实验报告20135324&&20135330

课程：信息安全系统设计基础

班级：1353

姓名：杨舒雯 张若嘉

学号：20135324，20135330

实验日期：2015.11.17 15:30—17:30

实验名称：外设驱动程序设计

实验目的与要求：

1.掌握实时系统应用和驱动程序的编写

2.选择某个接口电路

实验仪器：

实验仪器 型号 数量

计算机 Lenovo 1

虚拟Linux环境 Redhat 9.0 1

Arm开发板 UP-NETARM2410-CL 1

一、实验内容

1.阅读和理解源代码

(1)功能

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。这里只是演示接口的实现过程和内核驱动对用户的数据的处理。

（2）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\n");

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\n");

return 0;

}

static void __exit demo_exit(void)

{

unregister_chrdev(demo_major, "demo");

kfree(demo_devices);

printk(DEVICE_NAME " unloaded\n");

}

module_init(demo_init);

module_exit(demo_exit);

（3）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
• 在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

<linux/proc_fs.h>头文件

2.编译驱动模块及测试程序

上面介绍了在 Makefile 中有两种编译方法，可以在本机上使用 gcc 也可以使用交叉编译器进行编译，这里我们只介绍用交叉编译器进行编译的结果。

注意：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 redha

附：

• ln指令的用法是连接，使用格式是ln [options] source dist，这里我们用到的sf参数的含义是：

-f：链接时先将与dist同档名的档案删除

-s：进行软链接。（软链接，又称符号链接，这个文件包含了另一个文件的路径名，特点是可以链接不同文件系统的文件，甚至可以链接不存在的文件。）

3.测试驱动程序

(1)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

(2)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。

[root@zxt 01_demo]# insmod demo.o
Warning: loading demo.o will taint the kernel: no license
See http://www.tux.org/lkml/#export-tainted for information about tainted modules
Module demo loaded, with warnings

(3)使用测试程序进行测试

• 成功后会出现下面的结果：

[root@zxt 01_demo]# ./test_demo

write 32 bytes data to /dev/demo

0: 0 1 2 3

1: 4 5 6 7

2: 8 9 10 11

3: 12 13 14 15

4: 16 17 18 19

5: 20 21 22 23

6: 24 25 26 27

7: 28 29 30 31

---

Read 32 bytes data from /dev/demo

0: 31 30 29 28

1: 27 26 25 24

2: 23 22 21 11

3: 12 13 14 15

4: 16 17 18 19

5: 20 10 9 8

6: 7 6 5 4

7: 3 2 1 0

---

如果模块没有成功插入的话，会出现下面的情况：

[root@zxt 01_demo]# ./test_demo

DEMO device open fail####

(4)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!

二、问题

1.需要修改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：

KERNELDIR = /arm2410cl/ kernel/linux-2.4.18-2410cl/

CROSS_COMPILE= armv4l-unknown-linux-

由于makefile文件中KERNEL_PATH设置和真实环境有点不同，修改makefile文件中的路径就好了。

修改后：

KERNELDIR = /usr/src/linux

KERNELDIR = /arm2410cl/ kernel/linux-2.4.18-2410cl/

INCLUDEDIR = $(KERNELDIR)/include

CROSS_COMPILE=armv41-unknown-linux-