最近在看韦老师的视频，讲解了很多种字符设备的驱动写法。经过自己的研究之后，我发现还有另外一种写法，直接在应用层操作，省去了内核中的地址映射部分，使得用户可以在应用层直接操作LED。
mmap方法是把设备物理地址直接映射到用户空间的一种系统调用方法，他使得用户可以在应用层直接操作硬件设备，而不必在驱动里使用ioremap做地址映射。这在一定程度上实现了传说中的“零拷贝”技术。即，设备的数据不用经过内核的转存，再向应用层提交数据。由于设备物理地址直接映射到了用户空间，所以就相当于省去了内核的中间媒介，用户空间直接去操作硬件设备。
总结一下，mmap方法的用处是把设备（文件）内容直接映射到进程虚拟空间，通过对这个虚拟地址的读写修改，实现对设备（文件）的读写和修改，从而不必使用read、write等系统调用即可实现对设备的操作。
mmap的内核态函数为：
int (*mmap)(struct file *filp,struct vm_area_struct *vma)
结构体struct vm_area_struct *vma是我们在使用mmap系统调用的时候内核帮我们找到的虚拟地址区间，它的主要成员是：
vma->vm_start: 映射后的用户态虚拟地址起始地址；
vma->vm_end: 映射后的用户态虚拟地址结束地址；
vma->vm_pgoff: 物理地址所在的页帧号，它的值由用户空间传进来的物理地址右移PAGE_SHIFT位得到，PAGE_SHIFT值为12，那么它右移12位就得到物理地址的页帧号（一页大小为4KB）。
下面是我写的内核驱动程序，在TQ2440开发板上运行：
#include linux/kernel.h
#include linux/init.h
#include linux/module.h
#include linux/fs.h
#include linux/cdev.h
#include linux/mm.h
#include linux/device.h
#define DEV_NAME mmapled
struct mmapled
{
dev_t devno;
struct cdev mcdev;
struct class *mmap_class;
};
struct mmapled *mpt;
int mmapled_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
printk(In kernel open,major =%d,minor = %d\n,MAJOR(mpt->devno),MINOR(mpt->devno));
return 0;
}
int mmapled_close(struct inode *inode,struct file *filp)
{
return 0;
}
/* mmap系统调用函数 */
int mmapled_mmap(struct file *filp,structvm_area_struct *vma)
{
int ret;
vma->vm_flags |= VM_RESERVED;
vma->vm_flags |= VM_IO;
vma->vm_page_prot = pgprot_noncached(vma->vm_page_prot);
/* vma->vm_pgoff为用户层off, PAGE_SHIFT,即物理地址的页帧号,映射大小必为PAGE_SIZE整数倍 */
ret =remap_pfn_range(vma,vma->vm_start,vma->vm_pgoff,vma->vm_end -vma->vm_start,vma->vm_page_prot);
if(ret)
{
printk(remap_pfn_range err!\n);
return -EAGAIN;
}
printk(In %s,pgoff = %lx, start= %lx,end = %lx\n,__func__,vma->vm_pgoff,vma->vm_start,vma->vm_end);
return 0;
}
/* 文件操作结构体 */
struct file_operations mmapled_fops =
{
.owner =THIS_MODULE,
.open =mmapled_open,
.release = mmapled_close,
.mmap = mmapled_mmap,
};
/* 驱动程序入口函数 */
int mmapled_init(void)
{
int ret;
mpt = kzalloc(sizeof(struct mmapled),GFP_KERNEL);
if(!mpt)
{
printk(kzalloc mpt err!\n);
return -ENOMEM;
}
/* 动态分配主设备号，起始次设备号为0 */
ret = alloc_chrdev_region(mpt->devno,0,1,DEV_NAME);
if(ret)
{
printk(register chrdev err!\n);
kfree(mpt);
return ret;
}
/* 创建类，用于自动创建设备节点 */
mpt->mmap_class=class_create(THIS_MODULE, DEV_NAME);
if(IS_ERR(mpt->mmap_class))
{
printk(KERN_ALERTabsmem_class create failed.\n);
kfree(mpt);
unregister_chrdev_region(mpt->devno,1);
return -1;
}
cdev_init(mpt-mcdev, mmapled_fops);
mpt->mcdev.owner=THIS_MODULE;
cdev_add(mpt->mcdev,mpt->devno,1);
/* 创建设备节点mmapled0 */
device_create(mpt->mmap_class,NULL,mpt->devno,NULL,mmapled%d,0);
return 0;
}
/* 驱动程序出口函数 */
void mmapled_exit(void)
{
device_destroy(mpt->mmap_class,mpt->devno);
cdev_del(mpt->mcdev);
class_destroy(mpt->mmap_class);
unregister_chrdev_region(mpt->devno,1);
kfree(mpt);
}
module_init(mmapled_init);
module_exit(mmapled_exit);
MODULE_LICENSE(GPL);
用户态的mmap函数接口为：
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t
offset)
函数参数的意义如下：
addr:指定映射的起始地址，即进程虚拟空间的虚拟地址，人为的指定；通常设置为NULL，让内核帮我们去指定；
len: 要映射的区间大小；
prot: 映射区的保护方式，可以取以下值：
PROC_EXEC:映射区可被执行；
PROC_READ:映射区可被读取；
PROC_WRITE:映射区可写；
PROC_NONE:映射区不能存取。
flags是映射区的特性，可以取以下值：
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:对映射区的写入会产生一个映射区的复制(COPY_ON_WRITE)，对此映射区的修改不会写入源文件；
fd：由open函数返回的文件描述符；
offset：文件开始处的偏移量，必须是分页大小的整数倍。
函数返回值：映射得到的用户虚拟地址；
下面是我写的用户态的程序，供大家参考（在TQ2440开发板上运行，如果是其他开发板，可以参考原理图做一些修改）：
/* 函数功能：实现4个LED灯的同时亮灭，间隔为1秒 */
#include stdio.h
#include string.h
#include fcntl.h
#include sys/mman.h
#define DEV_NAME /dev/mmapled0
int main()
{
int fd,k;
void *start, *reg=NULL;
fd = open(DEV_NAME,O_RDWR);
if(fd&0)
{
printf(Open device err!\n);
return -1;
}
/*参数解释:
* NULL:映射到的内核虚拟地址,设置为NULL由内核决定
* 1024*4:映射大小,最小一页,必为页大小的整数倍
* 映射区的权限
* 对映射区的修改改变映射区的内容
* fd:open返回的文件描述符
* 物理地址,一个页的起始物理地址,它PAGE_SHIFT之后传给驱动的vma结构体的vm_pgoff
*/
/*0x56000000是LED等所在的GPIO口的BANK起始物理地址*/
/*start是得到的虚拟地址*/
start =mmap(NULL,1024*4,PROT_READ | PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0x56000000);
if(start == NULL)
{
printf(mmap err!\n);
return -1;
}
reg = start + 0x10; // GPBCON，控制寄存器
*(unsigned*)reg = 0xfffc03ff; // [17:10]清零
*(unsigned*)reg |= 0x00015400; // [17:10]=01010101,输出功能
reg = start + 0x14; // GPBDAT
/* 量灭k次，实现对LED的操作 */
k=25;
while(k--)
{
*(unsigned*)reg & = ~(0x1e0); // [8:5], set 0,led on
sleep(1);
*(unsigned*)reg |= 0x1e0; // [8:5], set 1,led off
sleep(1);
printf(k= %d\n,k);
}
/* 取消映射 */
munmap(start,1024*4);
close(fd);
return 0;
}
完。
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