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我正在尝试直接访问嵌入式 Linux 项目的物理内存,但我不确定如何最好地指定内存供我使用。

如果我定期启动我的设备并访问 /dev/mem,我可以轻松地读写几乎任何我想要的地方。但是,在这里,我正在访问可以轻松分配给任何进程的内存;我不想做

我的 /dev/mem 代码是(所有错误检查等已删除):

mem_fd = open("/dev/mem", O_RDWR));
mem_p = malloc(SIZE + (PAGE_SIZE - 1));
if ((unsigned long) mem_p % PAGE_SIZE) {
    mem_p += PAGE_SIZE - ((unsigned long) mem_p % PAGE_SIZE);
}
mem_p = (unsigned char *) mmap(mem_p, SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED | MAP_FIXED, mem_fd, BASE_ADDRESS);

这有效。但是,我想使用其他人不会触及的内存。我尝试通过使用 mem=XXXm 启动来限制内核看到的内存量,然后将 BASE_ADDRESS 设置为高于该值(但低于物理内存),但它似乎并没有始终如一地访问相同的内存。

根据我在网上看到的情况,我怀疑我可能需要一个使用 ioremap() 或 remap_pfn_range() (或两者都使用???)的内核模块(没关系),但我完全不知道如何;谁能帮忙?

编辑:我想要的是一种始终访问相同物理内存(例如,价值 1.5MB)的方法,并将该内存放在一边,以便内核不会将其分配给任何其他进程。

我正在尝试重现我们在其他操作系统中拥有的系统(没有内存管理),我可以通过链接器在内存中分配空间,并使用类似的东西访问它

*(unsigned char *)0x12345678

EDIT2:我想我应该提供更多细节。此内存空间将用于 RAM 缓冲区,用于嵌入式应用程序的高性能日志记录解决方案。在我们拥有的系统中,在软重启期间没有任何东西可以清除或扰乱物理内存。因此,如果我向物理地址 X 写入位并重新启动系统,在重新启动后仍会设置相同的位。这已经在运行 VxWorks 的完全相同的硬件上进行了测试(该逻辑在不同平台上的 Nucleus RTOS 和 OS20 中也能很好地工作,FWIW)。我的想法是通过直接寻址物理内存在 Linux 中尝试同样的事情。因此,每次启动时我都必须获得相同的地址。

我可能应该澄清一下,这是针对内核 2.6.12 和更高版本的。

EDIT3:这是我的代码,首先是内核模块,然后是用户空间应用程序。

要使用它,我用 mem=95m 启动,然后是 insmod foo-module.ko,然后是 mknod mknod /dev/foo c 32 0,然后运行 ​​foo-user ,它死了。在 gdb 下运行表明它在分配时死亡,尽管在 gdb 中,我无法取消引用从 mmap 获得的地址(尽管 printf 可以)

foo-module.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/config.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/mm.h>
#include <asm/io.h>

#define VERSION_STR "1.0.0"
#define FOO_BUFFER_SIZE (1u*1024u*1024u)
#define FOO_BUFFER_OFFSET (95u*1024u*1024u)
#define FOO_MAJOR 32
#define FOO_NAME "foo"

static const char *foo_version = "@(#) foo Support version " VERSION_STR " " __DATE__ " " __TIME__;

static void    *pt = NULL;

static int      foo_release(struct inode *inode, struct file *file);
static int      foo_open(struct inode *inode, struct file *file);
static int      foo_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma);

struct file_operations foo_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .llseek = NULL,
    .read = NULL,
    .write = NULL,
    .readdir = NULL,
    .poll = NULL,
    .ioctl = NULL,
    .mmap = foo_mmap,
    .open = foo_open,
    .flush = NULL,
    .release = foo_release,
    .fsync = NULL,
    .fasync = NULL,
    .lock = NULL,
    .readv = NULL,
    .writev = NULL,
};

static int __init foo_init(void)
{
    int             i;
    printk(KERN_NOTICE "Loading foo support module\n");
    printk(KERN_INFO "Version %s\n", foo_version);
    printk(KERN_INFO "Preparing device /dev/foo\n");
    i = register_chrdev(FOO_MAJOR, FOO_NAME, &foo_fops);
    if (i != 0) {
        return -EIO;
        printk(KERN_ERR "Device couldn't be registered!");
    }
    printk(KERN_NOTICE "Device ready.\n");
    printk(KERN_NOTICE "Make sure to run mknod /dev/foo c %d 0\n", FOO_MAJOR);
    printk(KERN_INFO "Allocating memory\n");
    pt = ioremap(FOO_BUFFER_OFFSET, FOO_BUFFER_SIZE);
    if (pt == NULL) {
        printk(KERN_ERR "Unable to remap memory\n");
        return 1;
    }
    printk(KERN_INFO "ioremap returned %p\n", pt);
    return 0;
}
static void __exit foo_exit(void)
{
    printk(KERN_NOTICE "Unloading foo support module\n");
    unregister_chrdev(FOO_MAJOR, FOO_NAME);
    if (pt != NULL) {
        printk(KERN_INFO "Unmapping memory at %p\n", pt);
        iounmap(pt);
    } else {
        printk(KERN_WARNING "No memory to unmap!\n");
    }
    return;
}
static int foo_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("foo_open\n");
    return 0;
}
static int foo_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    printk("foo_release\n");
    return 0;
}
static int foo_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{
    int             ret;
    if (pt == NULL) {
        printk(KERN_ERR "Memory not mapped!\n");
        return -EAGAIN;
    }
    if ((vma->vm_end - vma->vm_start) != FOO_BUFFER_SIZE) {
        printk(KERN_ERR "Error: sizes don't match (buffer size = %d, requested size = %lu)\n", FOO_BUFFER_SIZE, vma->vm_end - vma->vm_start);
        return -EAGAIN;
    }
    ret = remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, (unsigned long) pt, vma->vm_end - vma->vm_start, PAGE_SHARED);
    if (ret != 0) {
        printk(KERN_ERR "Error in calling remap_pfn_range: returned %d\n", ret);
        return -EAGAIN;
    }
    return 0;
}
module_init(foo_init);
module_exit(foo_exit);
MODULE_AUTHOR("Mike Miller");
MODULE_LICENSE("NONE");
MODULE_VERSION(VERSION_STR);
MODULE_DESCRIPTION("Provides support for foo to access direct memory");

富用户.c

#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/mman.h>

int main(void)
{
    int             fd;
    char           *mptr;
    fd = open("/dev/foo", O_RDWR | O_SYNC);
    if (fd == -1) {
        printf("open error...\n");
        return 1;
    }
    mptr = mmap(0, 1 * 1024 * 1024, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_FILE | MAP_SHARED, fd, 4096);
    printf("On start, mptr points to 0x%lX.\n",(unsigned long) mptr);
    printf("mptr points to 0x%lX. *mptr = 0x%X\n", (unsigned long) mptr, *mptr);
    mptr[0] = 'a';
    mptr[1] = 'b';
    printf("mptr points to 0x%lX. *mptr = 0x%X\n", (unsigned long) mptr, *mptr);
    close(fd);
    return 0;
}
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我想你可以找到很多关于 kmalloc + mmap 部分的文档。但是,我不确定您是否可以以连续的方式对这么多内存进行 kmalloc,并始终将其放在同一个地方。当然,如果一切都是一样的,那么你可能会得到一个不变的地址。但是,每次更改内核代码时,都会得到不同的地址,所以我不会使用 kmalloc 解决方案。

我认为您应该在启动时保留一些内存,即保留一些物理内存,这样内核就不会触及这些内存。然后你可以ioremap这个内存,它会给你一个内核虚拟地址,然后你可以mmap它并编写一个很好的设备驱动程序。

这将我们带回到PDF 格式的linux 设备驱动程序。看看第 15 章,它在第 443 页描述了这种技术

编辑:ioremap 和 mmap。我认为这可能更容易通过两步调试处理:首先正确获取 ioremap,然后使用字符设备操作(即读/写)对其进行测试。一旦您知道您可以安全地使用读/写访问整个 ioremapped 内存,然后您尝试 mmap 整个 ioremapped 范围。

如果你遇到麻烦可能会发布另一个关于映射的问题

编辑:remap_pfn_range ioremap 返回一个 virtual_adress,您必须将其转换为 remap_pfn_ranges 的 pfn。现在,我不明白 pfn(页框号)是什么,但我认为你可以接到一个电话

virt_to_phys(pt) >> PAGE_SHIFT

这可能不是正确的方法(tm),但你应该尝试一下

您还应该检查 FOO_MEM_OFFSET 是您的 RAM 块的物理地址。也就是说,在 mmu 发生任何事情之前,您的内存在处理器的内存映射中为 0 可用。

于 2009-03-16T09:07:33.797 回答
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很抱歉回答,但没有完全回答,我注意到您已经编辑了问题。请注意,当您编辑问题时,SO 不会通知我们。我在这里给出一个通用的答案,当您更新问题时请发表评论,然后我将编辑我的答案。

是的,您将需要编写一个模块。它归结为使用kmalloc()(在内核空间中分配区域)或vmalloc()(在用户空间中分配区域)。

暴露先验很容易,使用您根据需要描述的那种界面来暴露后者可能会很麻烦。您注意到 1.5 MB 是您实际需要保留多少的粗略估计,那是铁包的吗?即,您是否愿意从内核空间中获取它?您能否充分处理来自用户空间(甚至磁盘睡眠)的 ENOMEM 或 EIO?IOW,这个地区发生了什么?

另外,并发会成为这个问题吗?如果是这样,你会使用 futex 吗?如果任何一个的答案都是“是”(尤其是后者),那么您很可能不得不硬着头皮继续前进vmalloc()(或冒着内核腐烂的风险)。此外,如果您甚至ioctl()在考虑 char 设备的接口(特别是对于一些临时锁定的想法),您真的想使用vmalloc().

另外,你读过这个吗?另外,我们甚至没有触及 grsec / selinux 会想到什么(如果正在使用)。

于 2009-03-15T14:23:34.467 回答
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/dev/mem 对于简单的寄存器窥视和戳是可以的,但是一旦你进入中断和 DMA 领域,你真的应该编写一个内核模式驱动程序。您为以前的无内存管理操作系统所做的事情根本无法很好地移植到像 Linux 这样的通用操作系统上。

您已经考虑过 DMA 缓冲区分配问题。现在,考虑一下来自您的设备的“DMA 完成”中断。您将如何安装中断服务程序?

此外,/dev/mem 通常对非 root 用户是锁定的,因此对于一般用途来说不是很实用。当然,您可以对其进行 chmod,但随后您在系统中打开了一个很大的安全漏洞。

如果您试图保持操作系统之间的驱动程序代码库相似,则应考虑将其重构为单独的用户和内核模式层,中间使用类似 IOCTL 的接口。如果您将用户模式部分编写为 C 代码的通用库,那么它应该很容易在 Linux 和其他操作系统之间移植。特定于操作系统的部分是内核模式代码。(我们为驱动程序使用这种方法。)

似乎您已经得出结论,是时候编写内核驱动程序了,所以您走在正确的轨道上。我能补充的唯一建议是从头到尾阅读这些书。

Linux 设备驱动程序

了解 Linux 内核

(请记住,这些书大约是 2005 年出版的,所以信息有点过时了。)

于 2009-03-15T19:27:52.927 回答
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到目前为止,我还不是这些问题的专家,所以这对你来说将是一个问题,而不是一个答案。有什么理由不能只制作一个小的 ram 磁盘分区并将其仅用于您的应用程序?这不会让您保证访问相同的内存块吗?我不确定是否会有任何 I/O 性能问题或与此相关的额外开销。这还假设您可以告诉内核在内存中划分特定地址范围,但不确定是否可能。

我为 newb 的问题道歉,但我发现你的问题很有趣,并且很好奇 ram 磁盘是否可以以这种方式使用。

于 2009-03-15T17:09:41.370 回答
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你看过'memmap'内核参数吗?在 i386 和 X64_64 上,您可以使用 memmap 参数来定义内核将如何处理非常特定的内存块(请参阅Linux 内核参数文档)。在您的情况下,您希望将内存标记为“保留”,以便 Linux 根本不会触及它。然后您可以编写代码以使用该绝对地址和大小(如果您超出该空间,您将有祸了)。

于 2009-10-28T17:36:48.467 回答