c++ - 内核模块或用户空间应用程序

Question

我有一个难题。我不知道以下场景的最佳方法是什么，以及是否值得花时间开发内核模块。

我有像许多模块(大约 30 个)一样暴露的硬件 (FPGA)。每个模块都可以这样定义:

• 模块的基地址；
• 字段的偏移量(从基地址开始)；
• 每个模块的最大字段数约为 10；
• 每个字段都有自己的类型，如 uint32_t、float32_t、uint32_t[] 等；
• 有些字段是只读/可写的，有些是只读的；
• 通常一个模块是准备就绪的。我的意思是没有必要实现任何逻辑来检查是否可以写入字段(少数情况除外)。

在目标设备上有一个自定义的 Linux 发行版(从 Yocto 构建)。

你觉得哪个更好？

1. 用户空间中的应用程序使用 mmap(/dev/mem 映射所有模块)，然后直接从内存读取/写入内存。我有一个 C++实现并且它正在运行但也许它不是最好的解决方案...我需要手动设置所有偏移量，使用很多reinterpret_cast<> 正确读取数据，如果它是错误导致应用程序崩溃；

2. 实现一个字符设备驱动程序公开每个模块，如/dev/module1、/dev/module2 等？并在用户空间中使用 open/write/read/release/ioctl。我刚刚开始阅读大量关于 Linux 内核开发的手册，然后我我不太确定字符设备在这里是否是个好主意，尤其是如何将具有如此多字段的如此多模块暴露给用户空间；

3. 其他。

非常感谢您的任何想法。

Answer 1

使用 /dev/mem 非常简单，但是它也会导致一些严重的安全问题。您要么必须以 root 身份运行您的应用程序，要么让其他用户可以访问 /dev/mem 文件，这在设计中都是不受欢迎的，但在某些时候将成为产品。如果恶意进程可以访问 /dev/mem 文件，它可能会访问存储在 RAM 中的任何 secret 或破坏任何应用程序 - 包括内核本身。即使您的应用程序是唯一能够访问此文件的应用程序，您代码的任何安全问题都会成为整个系统的安全问题。

准备驱动程序显然不是一件容易的事，但允许您将(通常是简单的)特权代码与用户空间中的应用程序分开。在最简单的情况下，您只需提供一些寄存器读写方法(通过 ioctl)。这些应该检查地址是否对齐并受限于设备地址空间。此外，驱动程序通常会执行任何额外的地址转换 - 因此客户端应用程序不需要知道您的设备映射到哪个物理地址(例如 PCI Express 就是这种情况)。

我不建议从头开始编写驱动程序，而是重新利用一些现有代码。在提到的 PCI Express 案例中，我使用了两个灵感来源 - 此处描述的 Xilinx 驱动程序:https://www.xilinx.com/support/answers/65444.html (包括来源)和来自 ChimeraTk 项目的更复杂的“pcieuni”和“gpcieuni”(https://github.com/ChimeraTK)。