在Linux应用层写driver驱动程序介绍

刚从vxworks或其他rtos转到linux的朋友一定对linux下涉及到硬件的操作很不适应，因为在linux的体系结构中不允许应用层直接对物理地址进行访问，应用看到的都是进程内经过映射的虚拟地址。所以一般的做法是只要涉及到硬件的操作都是设计一个相应的driver，随后应用程序通过driver提供的文件操作接口去读写寄存器或者物理内存。在这里介绍一种比较折中的方法，即通过特殊的设计使得应用程序可以直接访问物理地址，这样就可以省掉编写驱动程序的工作。

这个方法的核心就是使用mmap函数，mmap是干什么的呢？它主要实现将绝对的物理地址映射到调用该函数的应用程序进程空间，建立了相关页表，这样应用程序就可以通过访问mmap返回的虚拟地址指针去访问物理绝对地址了。 下面给出一个代码实例实现对物理绝对地址的直接读写。

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <errno.h>
#include <signal.h>
#include <fcntl.h>
#include <ctype.h>
#include <termios.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/mman.h>
 
#define FATAL do { fprintf(stderr, "Error at line %d, file %s (%d) [%s]\n", \
  __LINE__, __FILE__, errno, strerror(errno)); exit(1); } while(0)

#define MAP_SIZE 4096UL
#define MAP_MASK (MAP_SIZE - 1)

int main(int argc, char **argv) {
    int fd;
    void *map_base, *virt_addr;
    unsigned long read_result, writeval;
    off_t target;
    int access_type = 'w';
   
    if(argc < 2) {
        fprintf(stderr, "\nUsage:\t%s { address } [ type [ data ] ]\n"
            "\taddress : memory address to act upon\n"
            "\ttype    : access operation type : yte, [h]alfword, [w]ord\n"
            "\tdata    : data to be written\n\n",
            argv[0]);
        exit(1);
    }
    target = strtoul(argv[1], 0, 0);

    if(argc > 2)
        access_type = tolower(argv[2][0]);

    if((fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC)) == -1) FATAL;
    printf("/dev/mem opened.\n");
    fflush(stdout);
   
    /* Map one page */
    map_base = mmap(0, MAP_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, target & ~MAP_MASK);
    if(map_base == (void *) -1) FATAL;
    printf("Memory mapped at address %p.\n", map_base);
    fflush(stdout);
   
    virt_addr = map_base + (target & MAP_MASK);
    switch(access_type) {
        case 'b':
            read_result = *((unsigned char *) virt_addr);
            break;
        case 'h':
            read_result = *((unsigned short *) virt_addr);
            break;
        case 'w':
            read_result = *((unsigned long *) virt_addr);
            break;
        default:
            fprintf(stderr, "Illegal data type '%c'.\n", access_type);
            exit(2);
    }
    printf("Value at address 0x%X (%p): 0x%X\n", target, virt_addr, read_result);
    fflush(stdout);

    if(argc > 3) {
        writeval = strtoul(argv[3], 0, 0);
        switch(access_type) {
            case 'b':
                *((unsigned char *) virt_addr) = writeval;
                read_result = *((unsigned char *) virt_addr);
                break;
            case 'h':
                *((unsigned short *) virt_addr) = writeval;
                read_result = *((unsigned short *) virt_addr);
                break;
            case 'w':
                *((unsigned long *) virt_addr) = writeval;
                read_result = *((unsigned long *) virt_addr);
                break;
        }
        printf("Written 0x%X; readback 0x%X\n", writeval, read_result);
        fflush(stdout);
    }
   
    if(munmap(map_base, MAP_SIZE) == -1) FATAL;
    close(fd);
    return 0;
}