嵌入式Linux(5):物理地址到虚拟地址映射

2023-05-16

文章目录

  • 理论知识
  • 1、使能了MMU以后有什么好处呢?
  • 2、MMU非常复杂,那么我们如何完成物理地址到虚拟地址的转换呢?
  • 3、如何查看哪些物理地址被映射过了呢?
  • 实例(RK3568)

理论知识

在Linux上面如果想要操作硬件,需要先把物理地址转换成虚拟地址。因为Linux使能了MMU,所以我们在Linux上不能直接操作物理地址。

1、使能了MMU以后有什么好处呢?

  • 让虚拟地址成立可能。
  • 可以让系统更加安全,因为有了MMU,我们上层应用看到的内存都是虚拟内存,我们的应用就不能直接访问硬件,所以这样就保证了系统安全。

2、MMU非常复杂,那么我们如何完成物理地址到虚拟地址的转换呢?

内核给我们提供了相关的函数。

函数描述
ioremap把物理地址转换成虚拟地址
iounmap释放掉ioremap映射的地址

函数声明的地方:include/asm-generic/io.h

static inline void __iomem *ioremap(phys_addr_t offset, size_t size);

参数:

  • phys_addr_t offset:映射物理地址的起始地址。
  • size_t size:要映射多大的内存空间。
  • 返回值:
    • 成功:返回虚拟地址的首地址。
    • 失败:返回NULL。
static inline void iounmap(void __iomem *addr);

参数:

  • addr:要取消映射的虚拟地址的首地址。

注意:物理地址只能被映射一次,多次映射会失败。

3、如何查看哪些物理地址被映射过了呢?

可以使用命令cat /proc/iomem来查看。

实例(RK3568)

led.c

/*
 * @Descripttion: 基于杂项设备的LED驱动
 * @version: 
 * @Author: 
 * @Date: 2021-02-23 13:54:49
 */
#include <linux/init.h>         //初始化头文件
#include <linux/module.h>       //最基本的文件,支持动态添加和卸载模块。
#include <linux/miscdevice.h>   //包含了miscdevice结构的定义及相关的操作函数。
#include <linux/fs.h>           //文件系统头文件,定义文件表结构(file,buffer_head,m_inode等)
#include <linux/uaccess.h>      //包含了copy_to_user、copy_from_user等内核访问用户进程内存地址的函数定义。
#include <linux/io.h>           //包含了ioremap、iowrite等内核访问IO内存等函数的定义。
#include <linux/kernel.h>		//驱动要写入内核,与内核相关的头文件

#define GPIO_DR 0xfdd60000     //LED物理地址,通过查看原理图得知

unsigned int *vir_gpio_dr;     //存放映射完的虚拟地址的首地址
/**
 * @name: misc_read
 * @test: 从设备中读取数据,当用户层调用函数read时,对应的,内核驱动就会调用这个函数。
 * @msg: 
 * @param {structfile} *file file结构体
 * @param {char__user} *ubuf 这是对应用户层的read函数的第二个参数void *buf
 * @param {size_t} size 对应应用层的read函数的第三个参数
 * @param {loff_t} *loff_t 这是用于存放文件的偏移量的,回想一下系统编程时,读写文件的操作都会使偏移量往后移。
 * @return {*} 当返回正数时,内核会把值传给应用程序的返回值。一般的,调用成功会返回成功读取的字节数。
如果返回负数,内核就会认为这是错误,应用程序返回-1
 */
ssize_t misc_read (struct file *file, char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t)
{
	printk("misc_read\n ");
	return 0;
}
/**
 * @name: misc_write
 * @test: 往设备写入数据,当用户层调用函数write时,对应的,内核驱动就会调用这个函数。
 * @msg: 
 * @param {structfile} * filefile结构体
 * @param {constchar__user} *ubuf 这是对应用户层的write函数的第二个参数const void *buf
 * @param {size_t} size 对应用户层的write函数的第三个参数count。
 * @param {loff_t} *loff_t 这是用于存放文件的偏移量的,回想一下系统编程时,读写文件的操作都会使偏移量往后移。
 * @return {*} 当返回正数时,内核会把值传给应用程序的返回值。一般的,调用成功会返回成功读取的字节数。
 如果返回负数,内核就会认为这是错误,应用程序返回-1。
 */
ssize_t misc_write (struct file *file, const char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff_t)
{	
    /*应用程序传入数据到内核空间,然后控制蜂鸣器的逻辑,在此添加*/
	// kbuf保存的是从应用层读取到的数据
    char kbuf[64] = {0};
    // copy_from_user 从应用层传递数据给内核层
	if(copy_from_user(kbuf,ubuf,size)!= 0) 
	{
        // copy_from_user 传递失败打印
		printk("copy_from_user error \n ");
		return -1;
	}
    //打印传递进内核的数据
    printk("kbuf is %d\n ",kbuf[0]); 
	if(kbuf[0]==1) //传入数据为1 ,LED亮
	{
		*vir_gpio_dr = 0x80008000; 
	}
	else if(kbuf[0]==0) //传入数据为0,LED灭
		*vir_gpio_dr = 0x80000000;
	return 0;
}
/**
 * @name: misc_release
 * @test: 当设备文件被关闭时内核会调用这个操作,当然这也可以不实现,函数默认为NULL。关闭设备永远成功。
 * @msg: 
 * @param {structinode} *inode 设备节点
 * @param {structfile} *file filefile结构体
 * @return {0}
 */
int misc_release(struct inode *inode,struct file *file){
	printk("hello misc_relaease bye bye \n ");
	return 0;
}
/**
 * @name: misc_open
 * @test: 在操作设备前必须先调用open函数打开文件,可以干一些需要的初始化操作。
 * @msg: 
 * @param {structinode} *inode 设备节点
 * @param {structfile} *file filefile结构体
 * @return {0}
 */
int misc_open(struct inode *inode,struct file *file){
	printk("hello misc_open\n ");
	return 0;
}
//文件操作集
struct file_operations misc_fops={
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = misc_open,
	.release = misc_release,
	.read = misc_read,
	.write = misc_write,
};
//miscdevice结构体
struct miscdevice  misc_dev = {
	.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
	.name = "hello_misc",
	.fops = &misc_fops,
};
static int misc_init(void)
{
	int ret;
    //注册杂项设备
	ret = misc_register(&misc_dev);
	if(ret<0)
	{
		printk("misc registe is error \n");
	}
	printk("misc registe is succeed \n");
    //将物理地址转化为虚拟地址
	vir_gpio_dr = ioremap(GPIO_DR,4);
	if(vir_gpio_dr == NULL)
	{
	printk("GPIO_DR ioremap is error \n");
	return EBUSY;
	}
	printk("GPIO_DR ioremap is ok \n");	
	return 0;
}
static void misc_exit(void){
    //卸载杂项设备
	misc_deregister(&misc_dev);
	iounmap(vir_gpio_dr);
	printk(" misc gooodbye! \n");
}
module_init(misc_init);
module_exit(misc_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

app.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc,char *argv[])
{
	int fd;
	char buf[64] = {0};//定义buf缓存
    //打开设备节点
	fd = open("/dev/hello_misc",O_RDWR);
	if(fd < 0)
	{
     //打开设备节点失败
		perror("open error \n"); 
		return fd;
	}
    // atoi()将字符串转为整型,这里将第一个参数转化为整型后,存放在buf[0]中
	buf[0] = atoi(argv[1]);
    //把缓冲区数据写入文件中
	write(fd,buf,sizeof(buf));  
	printf("buf is %d\n",buf[0]); 
	close(fd);
	return 0;
}
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