2017-2018-1 20155208 20155212 实验四 外设驱动程序设计

2017-2018-1 20155208 20155212 实验四 外设驱动程序设计

任务一

要求

  • 学习资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章
  • 提交康奈尔笔记的照片

步骤

使用印象笔记中的康奈尔笔记模板

任务二

要求

  • 在Ubuntu完成资源中全课中的“hqyj.嵌入式Linux应用程序开发标准教程.pdf”中的第十一章的test试验
  • 提交编译，加载模块，卸载模块，测试运行的截图（要多张，全屏，体现学号信息）

编写代码

  • 驱动程序
/* test_drv.c */



#include <linux/module.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/fs.h>

#include <linux/kernel.h>

#include <linux/slab.h>

#include <linux/types.h>

#include <linux/errno.h>

#include <linux/cdev.h>

#include <asm/uaccess.h>

#define 	TEST_DEVICE_NAME	"test_dev"

#define		BUFF_SZ			1024



/*全局变量*/

static struct cdev test_dev;

unsigned int major =0;

static char *data = NULL;



/*函数声明*/

static ssize_t test_read(struct file *file, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos);

static ssize_t test_write(struct file *file,const char *buffer, size_t count,loff_t *f_pos);

static int test_open(struct inode *inode, struct file *file);

static int test_release(struct inode *inode,struct file *file);



/*读函数*/

static ssize_t test_read(struct file *file, char *buf, size_t count, loff_t *f_pos)

{

	int len;

	if (count < 0 )

	{

		return -EINVAL;

	}

	len = strlen(data);

	count = (len > count)?count:len;

	if (copy_to_user(buf, data, count))

	{

		return -EFAULT;

	}

	return count;

}



/*写函数*/

static ssize_t test_write(struct file *file, const char *buffer, size_t count, loff_t *f_pos)

{

	if(count < 0)

	{

		return -EINVAL;

	}

	memset(data, 0, BUFF_SZ);

	count = (BUFF_SZ > count)?count:BUFF_SZ;

	if (copy_from_user(data, buffer, count))

	{

		return -EFAULT;

	}

	return count;

}



/*打开函数*/

static int test_open(struct inode *inode, struct file *file)

{

	printk("This is open operation
");

	data = (char*)kmalloc(sizeof(char) * BUFF_SZ, GFP_KERNEL);

	if (!data)

	{

		return -ENOMEM;

	}

	memset(data, 0, BUFF_SZ);

	return 0;

}



/*关闭函数*/

static int test_release(struct inode *inode,struct file *file)

{

	printk("This is release operation
");

	if (data)

	{

		kfree(data);

		data = NULL;

	}

	return 0;

}



static void test_setup_cdev(struct cdev *dev, int minor,

		struct file_operations *fops)

{

	int err, devno = MKDEV(major, minor);

    

	cdev_init(dev, fops);

	dev->owner = THIS_MODULE;

	dev->ops = fops;

	err = cdev_add (dev, devno, 1);

	if (err)

	{

		printk (KERN_NOTICE "Error %d adding test %d", err, minor);

	}

}



/* tests设备的file_operations结构 */

static struct file_operations test_fops = 

{

	.owner	 = THIS_MODULE,

	.read	 = test_read,

	.write	 = test_write,

	.open	 = test_open,

	.release = test_release,

};



/*模块注册入口*/

int init_module(void)

{

	int result;

	dev_t dev = MKDEV(major, 0);



	if (major)

	{

		result = register_chrdev_region(dev, 1, TEST_DEVICE_NAME);

	}

	else 

	{

		result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, TEST_DEVICE_NAME);

		major = MAJOR(dev);

	}



	if (result < 0) 

	{

		printk(KERN_WARNING "Test device: unable to get major %d
", major);

		return result;

	}



	test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops);

	printk("The major of the test device is %d
", major);

	return 0;

}



/*卸载模块*/

void cleanup_module(void) 

{

	cdev_del(&test_dev);

	unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);

	printk("Test device uninstalled
");

}
  • Makefile
ifeq ($(KERNELRELEASE),)



KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build



PWD := $(shell pwd)



modules:

	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules



modules_install:

	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules_install



clean:

	rm -rf *.o *~ core .depend .*.cmd *.ko *.mod.c .tmp_versions



.PHONY: modules modules_install clean



else

    obj-m := test_drv.o

endif
  • 加载脚本
#!/bin/sh
module="test_drv"
device="test_dev"
mode="664"
group="root"


# remove stale nodes
rm -f /dev/${device} 

# invoke insmod with all arguments we got
# and use a pathname, as newer modutils don't look in . by default
/sbin/insmod -f ./$module.ko $* || exit 1

major=`cat /proc/devices | awk "\$2=="$device" {print \$1}"`

mknod /dev/${device} c $major 0

# give appropriate group/permissions
chgrp $group /dev/${device}
chmod $mode  /dev/${device}
  • 卸载脚本
#!/bin/sh
module="test_drv"
device="test_dev"

# invoke rmmod with all arguments we got
sudo /sbin/rmmod $module $* || exit 1

# remove nodes
rm -f /dev/${device}

exit 0
  • 测试代码
/* test.c */



#include <stdio.h>

#include <stdlib.h>

#include <string.h>

#include <sys/stat.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

#include <fcntl.h>

#define 	TEST_DEVICE_FILENAME		"/dev/test_dev"

#define		BUFF_SZ				1024



int main()

{

	int fd, nwrite, nread;

	char buff[BUFF_SZ];



	fd = open(TEST_DEVICE_FILENAME, O_RDWR);

	if (fd < 0)

	{

		perror("open");

		exit(1);

	}

		

	do

	{

		printf("Input some words to kernel(enter 'quit' to exit):");

		memset(buff, 0, BUFF_SZ);

		if (fgets(buff, BUFF_SZ, stdin) == NULL)

		{

			perror("fgets");

			break;

		}

		buff[strlen(buff) - 1] = '';

		

		if (write(fd, buff, strlen(buff)) < 0)

		{

			perror("write");

			break;

		}

		

		if (read(fd, buff, BUFF_SZ) < 0)

		{

			perror("read");

			break;

		}

		else

		{

			printf("The read string is from kernel:%s
", buff);

		}

		

	} while(strncmp(buff, "quit", 4));

	

	close(fd);

	exit(0);

}

实验结果

  • 编译

    > make
> make clean

  • 加载驱动

    > ./test_srv_load

  • 编译并运行测试程序

    > gcc -o test test.c
> ./test

  • 运行结果

  • 卸载驱动程序

    > ./test_drv_unload

  • 查看内核打印信息

    > dmesg | tail -n 10

问题与解决

  • 运行加载模块脚本test_drv_load时无法用TAB补全命令，说明无法执行脚本

    • 推测该脚本无执行权限
    • 使用ls -l test_drv_load查看权限，显示
    • 使用chmod +x test_drv_load为所有用户增加执行权限
    • 再次使用ls -l test_drv_load查看权限，显示

  • 运行加载模块脚本提示Opeation not permitted

    • 增加sudo尝试，提示

    • 修改test_drv_load，将david改成root

    • 再次运行，提示

    • 使用lsmod | grep test_drv查看

    • 使用sudo rmmod -f test_drv卸载，提示

    • 使用sudo ./test_drv_unload

    • 发现还是不行，于是只能重启

  • 卸载加载模块提示

    • 在网上搜索了很多，也尝试了很多方法，并没有找到解决办法

其他同学遇到的问题与解决

  • 运行load脚本出现错误insmod: error inserting './test_drv.ko': -1 File exists

    • 这个原因一般是因为，运行过./test_drv_load（没加sudo），但是失败了，但是运行到了加载驱动的模块的语句，驱动已经加载，所以再次运行加载模块会提示该错。

学习笔记中得到问题与解决

  • 什么是Linux内核？

    • 内核是我们通常所说的“Linux技术奇迹”的最重要特征
    • 内核既是操作系统的心脏，也是它的大脑，因为内核控制着基本的硬件。内核是操作系统的核心，具有很多最基本功能，如虚拟内存、多任务、共享库、需求加载、共享的写时拷贝(copy-on-write)可执行程序和TCP/IP网络功能
    • Linux内核本身并不是操作系统，它是一个完整操作系统的组成部分。Red Hat、Novell、Debian和Gentoo等Linux发行商都采用Linux内核，然后加入更多的工具、库和应用程序来构建一个完整的操作系统

  • 一般来说L针对Linux系统的攻击较少，那如果将恶意代码放在驱动中编译到内核中，不就实现攻击了吗？

    • 一般安装的都是从可信的源中安装驱动，不会有病毒，但是也有下载安装包安装的，网上没有查到相关资料

  • register_chrdev()为什么逐渐被淘汰？有什么缺点？

    • register_chrdev()分为静态注册和动态注册，而新型的注册将静态注册和动态注册分为两个个体，解决了前者产生资源浪费的问题

  • 很多情况下，驱动程序都是自动安装，不需要用户介入。在windows系统中，操作系统会通过验证驱动来源签名，有时通过用户人工确认的方式来确定来源是否可靠。那么，在Linux系统中是否有类似的安全机制呢？

    • 未解决

  • /proc存在内存不会很容易丢失吗？

    • 未解决

收获与体会

  • 具体学到的知识点
    • 设备驱动程序概念
    • Linux对设备驱动的处理
    • 字符设备驱动程序编写流程及GPIO驱动实例
    • 块设备驱动程序的编写流程及
    • 相关的重要数据结构
    • 设备驱动程序的组成
    • proc文件系统
    • 中断编程及按键驱动程序实例
    • 简单虚拟设备驱动程序编写、编译、加载、卸载
    • 查看内核打印信息
  • 锻炼了解决问题的能力
  • 学习了使用lsmod ls-l grep dmesg ps chmod [用户] [符号] [权限] [filename] rmmod等命令
  • 复习了交叉编译

参考资料

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原文地址：https://www.cnblogs.com/dky20155212/p/7956574.html