Mmap设备方法---那些年我们一起玩嵌入式驱动

mmap设备方法）

Mmap系统调用（功能）

Void* mmap(void * add, size_t len , int prot, int flags, int fd, off_t offset)

 

Mmap系统调用（参数）

*Addr

指定映射的起始地址，通常设为NULL，由系统指定。

*Length:

映射到内存的文件长度

*port:

映射区的保护方式，可以是：

PROT_EXEC:映射区可被执行；

PROT_READ:映射去可被读取；

PROT_WRITE:映射区可被写入；

PROT_NONE:映射区不能存取；

*flags:

映射区的特性，可以是：

# MAP_SHARED:

写入映射区的数据会复制回文件，且允许其他映射该文件的进程共享。

#MAP_PRIVATE:

对映射区的写入操作产生一个映射区的复制（copy-on-write）,对此区域所做的修改不会协会原文件。

Fd:

由open返回的文件描述符，代表要映射的文件。

Offset:

以文件开始处偏移量，必须是分页大小的整数倍，通常为0，表示从文件头开始映射。

 

内存映射函数mmap，负责把文件内容映射到进程的虚拟空间，通过对这段内存的读取和修改，来实现对文件的读取和修改，而不需要在调用read,write等操作。

 

左边是进程的虚拟地址空间；右边是文件；

 

解除映射

Int munmap(void *start，size_t length)

功能：

取消参数start所指向的映射内存，参数length表示与取消的内存的大小。

（start所指向的映射内存，即mmap()的返回值）

 

返回值：

解除成功返回0，否则返回-1，错误原因存在errno中。

 

源程序：

示例：

#include<stdio.h>

#include<sys/types.h>

#include<sys/types.h>

#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>

#include <sys/mma.h>

 

Int main()

{

int    fd;

char   *start;

char  buf[100];

 

 

/*打开文件*/

fd=open(“testfile”,O_RDWR);

 

start=mmap(NULL,100,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0);   //把文件testfile进程映射到虚拟空间中去

//映射文件的地址直接通过start返回，以后操作文件就直接使用这个地址

 

/*读出数据*/

Strcpy(buf,start);/*把buf中的内容直接拷贝到start中去*/

printf(“buf=%s\n”,buf);

 

/*写入数据*/

Strcpy(start,”buf  is  not null!”);/*把字符串直接写到start中*/

 

Munmap(start,100);/*解除映射*/

close(fd);   /*关闭文件*/

 

return 0；

}

源文件：

1.     通过mmap函数返回映射地址（初始位置）start;

2.     利用返回的start地址通过strcpy()写入、读出函数；

3.     读写完后，接触映射；

 

虚拟内存区域

虚拟内存区域是进程的虚拟地址空间中的一个同质区间，即具有同样特性的连续地址范围。一个进程的内存映像由下面几部分组成：程序代码、数据、BSS和栈区域，以及内存映射的区域。

 

虚拟内存区域：

每一行的域为：

Start _end perm  offset  major: minor inode

*start:该区域起始虚拟地址

*end：该区域结束虚拟地址

*perm :读、写和执行权限；表示对这个区域，允许进程做什么。这个区域的最后一个字符要么是P表示私有的，要么是s表示共享的。

*offset :被映射部分在文件中的起始地址

*major、minor：主设备号；

*inode :索引节点

 

Vm_area_struct

Linux内核使用结构vm_area_struct

(<linux/mm_types.h>)来描述虚拟内存区域，其中几个主要的成员如下：

 

*unsigned long vm_start

虚拟内存区域起始地址

 

*unsigned long vm_end

虚拟内存区域结束地址

 

*unsigned long vm_flags

该区域的标记。如：VM_IO和VM_RESERVED

 

VM_IO将该VMA标记为内存映射的IO区域，

VM_IO会阻止系统将该区域包含在进程的存放转存（core dump）中，VM_RESERVED标志内存区域不能被换出。

 

Mmap设备操作

映射一个设备是指把用户空间的一段地址关联到设备内存上。当程序读写这段用户空间的地址时，它实际上是在访问设备。

 

Mmap设备操作

Mmap设备方法需要完成什么功能？

Mmap方法是file_oprations结构的成员，在mmap系统调用发出时被调用。在此之前，内核已经完成了很多工作。mmap设备方法所需要做的就是建立虚拟地址到物理地址的页表。

 

内核可以帮我找到一块可以用的虚拟地址，怎么告诉我？

就是通过struct vm_area_struct参数告诉我的。

 

Mmap如何完成页表的建立？

方法有二：

1.     使用remap_pfn_range一次建立所有页表；

2.     使用nopage VMA方法每次建立一个页表。

 

我们使用的是第一种：remap_pfn_range一次建立所有页表；

 

Vma :（内核帮我们找到的虚拟内核区间）

虚拟内存区域指针

Virt_addr:（关联的虚拟地址）

虚拟地址的起始值；

Pfn:（关联的物理地址）

要映射的物理地址所在的物理页帧号，可将物理地址>>PAGE_SHIRT得到。

>>PAGE_SHIRT（PAGE_SHIRT是12，即右移12位，相当于除以4k）

 Size:（关联的长度多大）

要映射的区域的大小

 Prot:（关联的属性）

VMA的保护属性

 

 

分析思路顺序按照如下颜色；

思路一：在file_operations结构体中添加mmap函数；

思路二：实现mmap函数、如上；

驱动中的mmap函数：

1.     设置属性；

2.     建立虚拟地址到物理地址的页表；