字符設備驅動另一種寫法—mmap方法操作LED
最近在看韋老師的視頻，講解了很多種字符設備的驅動寫法。經過自己的研究之後，我發現還有另外一種寫法，直接在應用層操作，省去了內核中的地址映射部分，使得用戶可以在應用層直接操作LED。
mmap方法是把設備物理地址直接映射到用戶空間的一種系統調用方法，他使得用戶可以在應用層直接操作硬件設備，而不必在驅動裏使用ioremap做地址映射。這在一定程度上實現了傳說中的“零拷貝”技術。即，設備的數據不用經過內核的轉存，再向應用層提交數據。由於設備物理地址直接映射到了用戶空間，所以就相當於省去了內核的中間媒介，用戶空間直接去操作硬件設備。
總結一下，mmap方法的用處是把設備（文件）內容直接映射到進程虛擬空間，通過對這個虛擬地址的讀寫修改，實現對設備（文件）的讀寫和修改，從而不必使用read、write等系統調用即可實現對設備的操作。
mmap的內核態函數為：
int (*mmap)(struct file *filp,struct vm_area_struct *vma)
結構體struct vm_area_struct *vma是我們在使用mmap系統調用的時候內核幫我們找到的虛擬地址區間，它的主要成員是：
vma->vm_start: 映射後的用戶態虛擬地址起始地址；
vma->vm_end: 映射後的用戶態虛擬地址結束地址；
vma->vm_pgoff: 物理地址所在的頁幀號，它的值由用戶空間傳進來的物理地址右移PAGE_SHIFT位得到，PAGE_SHIFT值為12，那麽它右移12位就得到物理地址的頁幀號（一頁大小為4KB）。
下面是我寫的內核驅動程序，在TQ2440開發板上運行：
#include linux/kernel.h
#include linux/init.h
#include linux/module.h
#include linux/fs.h
#include linux/cdev.h
#include linux/mm.h
#include linux/device.h
#define DEV_NAME mmapled
struct mmapled
{
dev_t devno;
struct cdev mcdev;
struct class *mmap_class;
};
struct mmapled *mpt;
int mmapled_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk(In kernel open,major =%d,minor = %d\n,MAJOR(mpt->devno),MINOR(mpt->devno));
return 0;
}
int mmapled_close(struct inode *inode,struct file *filp)
{
return 0;
}
/* mmap系統調用函數 */
int mmapled_mmap(struct file *filp,structvm_area_struct *vma)
{
int ret;
vma->vm_flags |= VM_RESERVED;
vma->vm_flags |= VM_IO;
vma->vm_page_prot = pgprot_noncached(vma->vm_page_prot);
/* vma->vm_pgoff為用戶層off, PAGE_SHIFT,即物理地址的頁幀號,映射大小必為PAGE_SIZE整數倍 */
ret =remap_pfn_range(vma,vma->vm_start,vma->vm_pgoff,vma->vm_end -vma->vm_start,vma->vm_page_prot);
if(ret)
{
printk(remap_pfn_range err!\n);
return -EAGAIN;
}
printk(In %s,pgoff = %lx, start= %lx,end = %lx\n,__func__,vma->vm_pgoff,vma->vm_start,vma->vm_end);
return 0;
}
/* 文件操作結構體 */
struct file_operations mmapled_fops =
{
.owner =THIS_MODULE,
.open =mmapled_open,
.release = mmapled_close,
.mmap = mmapled_mmap,
};
/* 驅動程序入口函數 */
int mmapled_init(void)
{
int ret;
mpt = kzalloc(sizeof(struct mmapled),GFP_KERNEL);
if(!mpt)
{
printk(kzalloc mpt err!\n);
return -ENOMEM;
}
/* 動態分配主設備號，起始次設備號為0 */
ret = alloc_chrdev_region(mpt->devno,0,1,DEV_NAME);
if(ret)
{
printk(register chrdev err!\n);
kfree(mpt);
return ret;
}
/* 創建類，用於自動創建設備節點 */
mpt->mmap_class=class_create(THIS_MODULE, DEV_NAME);
if(IS_ERR(mpt->mmap_class))
{
printk(KERN_ALERTabsmem_class create failed.\n);
kfree(mpt);
unregister_chrdev_region(mpt->devno,1);
return -1;
}
cdev_init(mpt-mcdev, mmapled_fops);
mpt->mcdev.owner=THIS_MODULE;
cdev_add(mpt->mcdev,mpt->devno,1);
/* 創建設備節點mmapled0 */
device_create(mpt->mmap_class,NULL,mpt->devno,NULL,mmapled%d,0);
return 0;
}
/* 驅動程序出口函數 */
void mmapled_exit(void)
{
device_destroy(mpt->mmap_class,mpt->devno);
cdev_del(mpt->mcdev);
class_destroy(mpt->mmap_class);
unregister_chrdev_region(mpt->devno,1);
kfree(mpt);
}
module_init(mmapled_init);
module_exit(mmapled_exit);
MODULE_LICENSE(GPL);
用戶態的mmap函數接口為：
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t
offset)
函數參數的意義如下：
addr:指定映射的起始地址，即進程虛擬空間的虛擬地址，人為的指定；通常設置為NULL，讓內核幫我們去指定；
len: 要映射的區間大小；
prot: 映射區的保護方式，可以取以下值：
PROC_EXEC:映射區可被執行；
PROC_READ:映射區可被讀取；
PROC_WRITE:映射區可寫；
PROC_NONE:映射區不能存取。
flags是映射區的特性，可以取以下值：
MAP_SHARED:寫入映射區的數據會復制回文件，且允許其他映射該文件的進程共享；
MAP_PRIVATE:對映射區的寫入會產生一個映射區的復制(COPY_ON_WRITE)，對此映射區的修改不會寫入源文件；
fd：由open函數返回的文件描述符；
offset：文件開始處的偏移量，必須是分頁大小的整數倍。
函數返回值：映射得到的用戶虛擬地址；
下面是我寫的用戶態的程序，供大家參考（在TQ2440開發板上運行，如果是其他開發板，可以參考原理圖做一些修改）：
/* 函數功能：實現4個LED燈的同時亮滅，間隔為1秒 */
#include stdio.h
#include string.h
#include fcntl.h
#include sys/mman.h
#define DEV_NAME /dev/mmapled0
int main()
{
int fd,k;
void *start, *reg=NULL;
fd = open(DEV_NAME,O_RDWR);
if(fd&0)
{
printf(Open device err!\n);
return -1;
}
/*參數解釋:
* NULL:映射到的內核虛擬地址,設置為NULL由內核決定
* 1024*4:映射大小,最小一頁,必為頁大小的整數倍
* 映射區的權限
* 對映射區的修改改變映射區的內容
* fd:open返回的文件描述符
* 物理地址,一個頁的起始物理地址,它PAGE_SHIFT之後傳給驅動的vma結構體的vm_pgoff
*/
/*0x56000000是LED等所在的GPIO口的BANK起始物理地址*/
/*start是得到的虛擬地址*/
start =mmap(NULL,1024*4,PROT_READ | PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0x56000000);
if(start == NULL)
{
printf(mmap err!\n);
return -1;
}
reg = start + 0x10; // GPBCON，控制寄存器
*(unsigned*)reg = 0xfffc03ff; // [17:10]清零
*(unsigned*)reg |= 0x00015400; // [17:10]=01010101,輸出功能
reg = start + 0x14; // GPBDAT
/* 量滅k次，實現對LED的操作 */
k=25;
while(k--)
{
*(unsigned*)reg & = ~(0x1e0); // [8:5], set 0,led on
sleep(1);
*(unsigned*)reg |= 0x1e0; // [8:5], set 1,led off
sleep(1);
printf(k= %d\n,k);
}
/* 取消映射 */
munmap(start,1024*4);
close(fd);
return 0;
}
完。
稍微修改代碼即可在jz2440上運行，需要代碼的學員請留下郵箱，我們發給您。
字符設備驅動另一種寫法—mmap方法操作LED