信息安全系统设计基础实验四：外设驱动程序设计 20135211李行之&20135216刘蔚然

北京电子科技学院（BESTI）

实 验 报 告

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课程：信息安全系统设计基础                                           班级：1352                                   姓名：（按贡献大小排名）李行之 刘蔚然 

学号：（按贡献大小排名）20135211 20135216                 成绩：                    指导教师：娄嘉鹏                     实验日期：2015.12.1 

实验密级：                       预习程度：                  实验时间：15:30—17:30                 仪器组次：11                  必修/选修：必修

实验序号：4                  实验名称： 外设驱动程序设计 

实验目的与要求：  1.在掌握基于 S3C2410 的 linux 开发环境的配置和使用的基础上进行交叉编译。  2.理解驱动程序的一般设计方法。 3.（要求）正确使用连接线等实验仪器，并注意保护实验箱。实验结束之后将实验箱送回。 

实验仪器： - （名称）          （型号）                （数量） 

                   - 嵌入式开发平台 UP-NETARM2410-CL 1 

                   - PC机                                                      1

正文（个人理解部分由【】标出）

一、实验内容：

（同实验一）本次实验建立在掌握嵌入式开发平台使用方法和配置方法的基础上，要求使用windows xp,linux(red hat),arm三个系统（即NFS方式）；在linux系统中安装arm系统，然后对01_demo文件夹中的.c文件进行交叉编译。

二、实验原理

1. 什么是驱动程序？
   • 目的：驱动程序是应用程序和硬件之间的一个软件层，为（许多个）应用程序提供硬件的所有功能。为了处理并发的情况，还需要考虑互斥量和锁等机制。
   • 特点：应用程序一般有一个 main 函数，从头到尾执行一个任务；驱动程序却不同，它没有main函数，通过使用宏module_init(初始化函数名)。
   • 用法：将初始化函数加入内核全局初始化函数列表中，在内核初始化时执行驱动的初始化函数，从而完成驱动的初始化和注册，之后驱动便停止等待被应用软件调用。驱动程序中有一个宏moudule_exit(退出处理函数名)注册退出处理函数。它在驱动退出时被调用。
2. 主要代码

test_demo.c

    #include <stdio.h>
    #include <stdlib.h>
    #include <fcntl.h>//其中定义了很多宏和诸如open,close函数
    #include <unistd.h>
    #include <sys/ioctl.h>//ioctl函数的头文件

    void showbuf(char *buf);
    int MAX_LEN=32;

    int main()
    {
        int fd;
        int i;
        char buf[255];

        for(i=0; i<MAX_LEN; i++){//给数组元素依次赋值
            buf[i]=i;
        }

        fd=open("/dev/demo",O_RDWR);//以既可以读又可以写的方式打开文件
        if(fd < 0){
            printf("####DEMO  device open fail####
");
            return (-1);
        }
        printf("write %d bytes data to /dev/demo 
",MAX_LEN);
        showbuf(buf);//先显示一下要写入什么，然后写入
        write(fd,buf,MAX_LEN);

        printf("Read %d bytes data from /dev/demo 
",MAX_LEN);
        read(fd,buf,MAX_LEN);
        showbuf(buf);//先读出来字符串到buf中，再显示

        ioctl(fd,1,NULL);
        ioctl(fd,4,NULL);
        close(fd);
        return 0;

    }

    void showbuf(char *buf)
    {
        int i,j=0;
        for(i=0;i<MAX_LEN;i++){
            if(i%4 ==0)
                printf("
%4d: ",j++);
            printf("%4d ",buf[i]);
        }
        printf("
*****************************************************
");
    }

这段代码很简单，然而会出现一个疑问：write函数、read函数在哪里定义的？ioctl函数优势做什么的？于是我接下来查看了实验指导书的原理部分和demo.c代码。

其实，上面这段代码中出现的函数都在demo.c代码中有了定义。比如，ioctl函数的定义（严格说来，驱动程序里定义的是方法）：

static int demo_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    printk("ioctl runing
");
    switch(cmd){
        case 1:printk("runing command 1 
");break;
        case 2:printk("runing command 2 
");break;
        default:
            printk("error cmd number
");break;
    }
return 0;
}

ioctl 方法主要用于对设备进行读写之外的其他控制，比如配置设备、进入或退出某种 操作模式，这些操作一般都无法通过read/write 文件操作来完成。

三、实验过程&困难排查

1.配置实验箱

• 同实验一中一样，配置实验环境
  • 连接arm开发板；
  • 建立超级终端；
  • 启动实验平台；
  • 修改windows xp系统的ip使得它与arm机的ip在同一网段;
  • 在red hat中安装arm编译器;
  • 配置环境变量。

2.进入01_demo文件夹中，尝试直接make进行自动编译。出现如下图所示的错误。 

（图1）

按照指导书的提示，进行如下操作建立linux连接：

cd /usr/src/
ln -sf linux-2.4.20-8 linux
ls
（结果）debug linux linux-2.4 linux-2.4.20-8 redhat

然而，仍然出现上图的错误。

3.这时，尝试按照如下内容修改01_demo文件夹中的Makefile

KERNELDIR = /usr/src/linux
#KERNELDIR = /arm2410cl/ kernel/linux-2.4.18-2410cl/
INCLUDEDIR = $(KERNELDIR)/include
#CROSS_COMPILE=armv41-unknown-linux-
AS =$(CROSS_COMPILE)as
LD =$(CROSS_COMPILE)ld
CC =$(CROSS_COMPILE)gcc
CPP =$(CC) -E
AR =$(CROSS_COMPILE)ar
NM =$(CROSS_COMPILE)nm
STRIP =$(CROSS_COMPILE)strip
OBJCOPY =$(CROSS_COMPILE)objcopy
OBJDUMP =$(CROSS_COMPILE)objdump
CFLAGS += -I..
CFLAGS += -Wall -O -D__KERNEL__ -DMODULE -I$(INCLUDEDIR)
TARGET = demo
OBJS = demo.o hello.o
SRC = demo.c hello.c
all: $(OBJS)
demo.o: demo.c
$(CC) -c $(CFLAGS) $^ -o $@
hello.o:hello.c
$(CC) -c $(CFLAGS) $^ -o $@
install:
install -d $(INSTALLDIR)
install -c $(TARGET).o $(INSTALLDIR)
clean:
rm -f *.o *~ core .depend

（图2）

4.再次进行make之后，系统不再提示错误。然而少了最后对于testdemo.c的编译。于是，我们进行了手动编译。最后执行./testdemo，结果如下：

（图4）

四、总结

我们在实验四上花费了比预计更多的时间。事后总结，主要是对Makefile的更改“不彻底”。一旦严格按照指导书中的内容更改了Makefile,就可以顺利地完成编译。