linux - Linux 中的直接内存访问

Question

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；我不想这样做

我的/dev/mem 代码是(删除所有错误检查等):

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);

这很有效。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，值(value) 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一个空间，并使用类似的东西访问它

*(unsigned char *)0x12345678

编辑2: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。

编辑3: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，我使用 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，它就死了。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");

foo-user.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;
}

Answer 1

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，每次更改内核代码都会得到不同的地址，所以我不会使用 kmalloc 解决方案。

我认为你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。然后你可以ioremap这个内存，这会给你内核虚拟地址，然后你可以映射它并编写一个不错的设备驱动程序。

这会将我们带回到 linux device drivers PDF 格式。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分两步调试:首先获取 ioremap对，并使用字符设备操作(即读/写)对其进行测试。一旦你知道你可以安全地使用读/写访问整个 ioremapped 内存，然后你尝试 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_rangeioremap 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，但我认为您可以接听电话

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 block 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。