2018-2019-1 20165225、20165221《信息安全系系統設計基礎》實驗四外設驅動程序設計

小組成員：20165225-王高源、20165221-譚笑

實驗內容與要求

• 步驟：

- make clean;make   清除並執行makefile文件
- chmod +x test_drv_load    給腳本加可執行權限
- chmod +x test_drv_unload  給腳本加可執行權限
- chmod +x test_drv.ko  給腳本加可執行權限
- su    得到root權限
- ./test_drv_load   加載模塊
- gcc test.c -o test    編譯
- ./test    運行
- ./test_drv_unload 卸載模塊
 

• 一、學習資源中全課中的“hqyj.嵌入式Linux應用程序開發標準教程.pdf”中的第十一章提交康奈爾筆記的照片：

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• 二、在Ubuntu完成資源中全課中的“hqyj.嵌入式Linux應用程序開發標準教程.pdf”中的第十一章的test試驗
  提交編譯，加載模塊，卸載模塊，測試運行的截圖（要多張，全屏，體現學號信息）

實驗代碼

/* test_drv.c 程序源代碼 */ 
#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 
 
/*全局變量*/ 
static struct cdev test_dev; 
unsigned int major =0; 
static char *data = NULL; 
 
/*讀函數*/ 
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)) /* 將內核緩沖的數據拷貝到用戶空間*/
     {
         return -EFAULT;
     }
     return count;
 } 
/*寫函數*/ 
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)) /* 將用戶緩沖的數據復制到內核空間*/
     {
         return -EFAULT;
     }
     return count;
 }
 /*打開函數*/
 static int test_open(struct inode *inode, struct file *file)
 {
     printk("This is open operation\n"); 
    /* 分配並初始化緩沖區*/
     data = (char*)kmalloc(sizeof(char) * BUFF_SZ, GFP_KERNEL); 
    if (!data) 
    {
         return -ENOMEM;
     } 
 memset(data, 0, BUFF_SZ);
      return 0;
 }
 /*關閉函數*/
 static int test_release(struct inode *inode,struct file *file) 
{
     printk("This is release operation\n");
     if (data)
     {
         kfree(data);
 /* 釋放緩沖區*/
         data = NULL; /* 防止出現野指針 */
     }
     return 0;
 } 
/* 創建、初始化字符設備，並且註冊到系統*/ 
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);
     }
 } 
 
/* 虛擬設備的 file_operations 結構 */ 
static struct file_operations test_fops =
  {
     .owner   = THIS_MODULE,
     .read    = test_read, 
     .write   = test_write,
     .open    = test_open,
     .release = test_release, 
}; 
 
/* 模塊註冊入口 */
 int init_module(void)
 {
     int result;
     dev_t dev = MKDEV(major, 0); 
 
    if (major)
     {/* 靜態註冊一個設備，設備號先前指定好，並設定設備名，用 cat /proc/devices 來查看*/
      result = register_chrdev_region(dev, 1, TEST_DEVICE_NAME);
     }
     else
      {
         result = alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, TEST_DEVICE_NAME);
     } 
 
    if (result < 0)
      {
         printk(KERN_WARNING "Test device: unable to get major %d\n", major);
         return result;
     }
     test_setup_cdev(&test_dev, 0, &test_fops);
     printk("The major of the test device is %d\n", major);
     return 0;
 } 
/* 卸載模塊 */ 
void cleanup_module(void)
  {
     cdev_del(&test_dev);
     unregister_chrdev_region(MKDEV(major, 0), 1);
     printk("Test device uninstalled\n");
 } 
 

/* Makefile */
KERNELDIR=/usr/src/4.4.0-101-generic

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 
 

/* test_drv_load 加載腳本 */
#!/bin/sh
# 驅動模塊名稱
module="test_drv"    
# 設備名稱。在/proc/devices中出現
device="test_dev"    
# 設備文件的屬性
mode="664"            
group="david"        
# 刪除已存在的設備節點
rm -f /dev/${device} 
# 加載驅動模塊
/sbin/insmod -f ./$module.ko $* || exit 1
# 查到創建設備的主設備號
major=`cat /proc/devices | awk "\\$2==\"$device\" {print \\$1}"`
# 創建設備文件節點
mknod /dev/${device} c $major 0
# 設置設備文件屬性
chgrp $group /dev/${device}
chmod $mode  /dev/${device}

/* test_drv_unload 卸載腳本 */
#!/bin/sh
module="test_drv"    
device="test_dev"
# 卸載驅動模塊
/sbin/rmmod $module $* || exit 1
# 刪除設備文件
rm -f /dev/${device}
exit 0

/* test.c 測試代碼 */
#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"        /* 設備文件名*/
#define        BUFF_SZ                        1024                /* 緩沖大小 */
 
int main()
{
    int fd, nwrite, nread;
    char buff[BUFF_SZ];        /*緩沖區*/
    /* 打開設備文件 */
    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] = ‘\0‘;
        if (write(fd, buff, strlen(buff)) < 0) /* 向設備寫入數據 */
        {
            perror("write");
            break;
        }
        if (read(fd, buff, BUFF_SZ) < 0)        /* 從設備讀取數據 */
        {
            perror("read");
            break;
        }
        else
        {
            printf("The read string is from kernel:%s\n", buff);
        }
    } while(strncmp(buff, "quit", 4));
    close(fd);
    exit(0);
}

實驗過程中遇到的問題

• 運行第二次時sudo./test_drv_unload命令無效，需要重啟電腦才可以。

實驗體會

• makkefile中需要修改的地方的含義：KERNELDIR表示內核源代碼路徑，INCLUDEDIR表示配置文件，#CROSS_COMPILE表示編譯適合編譯的主機運行的二進制文件。通過這次實驗，我們知道了在運行外設驅動程序時，要插入驅動模塊 demo.o，要在/usr/src下建立一個linux連接，如果是使用交叉編譯器，不需要建立設備節點等等。

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