信息安全系统设计基础exp_4

北京电子科技学院（BESTI）
实     验    报     告
课程：信息安全系统设计基础	班级：1353	姓名：郑伟、吴子怡
学号：20135322、20135313	指导教师： 娄嘉鹏	实验日期：2015年11月17日
必修/选修：必修	实验序号：exp4	实验时间：15：30-18：00
实验名称：  exp4_外设驱动程序设计
实验内容：在PC机上编写简单的虚拟硬件驱动程序并进行调试，实验驱动的各个接口函数的实现，分析并理解驱动与应用程序的交互过程。
实验目的与要求	1.学习在LINUX下进行驱动设计的原理；
	2.掌握使用模块方式进行驱动开发调试的过程 。
实验器材	1、Lenovo计算机一台
	2、ARM实验箱一个

配置实验环境：同实验一。若不能熟练掌握，可点击如下链接查看详细步骤：

http://www.cnblogs.com/zhengwei0712/p/4960130.html <<exp1实验报告

一、实验步骤

1.阅读和理解源代码

进入/01_demo,使用vi编辑器阅读理解源代码。

2.编译驱动模块及测试程序

在 Makefile 中有两种编译方法，可以在本机上使用gcc 也可以使用交叉编译器进行编译，我们组采用交叉编译器进行编译。如下图：

注意：如果编译的时候出现问题，可能是在/usr/src 下没有建立一个linux 连接，可以使用下面的命令：

[root@zxt 01_demo]# cd /usr/src/
[root@zxt src]# ln -sf linux-2.4.20-8 linux
[root@zxt src]# ls
debug linux linux-2.4 linux-2.4.20-8 redhat

3.测试驱动程序

如果使用 gcc 编译的话，需要通过下面的命令来建立设备节点，如果使用交叉编译器的话，不需要建立设备节点。

#mknod /dev/demo c 254 0

首先要插入驱动模块demo.o，然后可以用lsmod 命令来查看模块是否已经被插入，在不使用该模块的时候还可以用rmmod 命令来将模块卸载。

我们使用交叉编译器，不需要建立设备节点。下图为步骤成功的结果。

驱动模块成功插入后，在/dev下面建立一个demo的审文件，使用cat来直接调用read函数，测试读过程。

如果模块没有成功插入的话，会出现下面的情况：
[root@zxt 01_demo]# ./test_demo
####DEMO device open fail####

在驱动模块成功插入后，会在/dev 下面建立一个叫做demo 的设备文件，我们也可以使用cat 命令
来直接调用read 函数，来测试读过程。

[root@zxt demo]# cat /dev/demo/0
device open success!

二、遇到的问题与解决方法

在编译驱动模块的时候，makefile 有两种编译方法，可以用gcc，也可以用交叉编译器编译。当我们使用编译器进行编译的时候，出现了问题Error 1，如下图：

第一次，可能是/usr/src下没有建立 linux连接，所以使用命令，如下图：

第二次，经过研究，发现是makefile里的编写文件，与实验指导书里的不一样，通过进入makefile文件，修改了路径，才编译通过，如下图：

附：代码分析

参考驱动代码 demo.c 如下，其中的 demo_read,demo_write 函数完成驱动的读写接口功能，do_write 函数实现将用户写入的数据逆序排列，通过读取函数读取转换后的数据。
 
这里只是演示接口的实现过程和内核驱动对用户的数据的处理。 Demo_ioctl函数演示ioctl调用接口的实现过程。
 
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####\n");
 
            return (-1);
 
        }
 
        printf("write %d bytes data to /dev/demo \n",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 \n",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("\n%4d: ",j++);
 
            printf("%4d ",buf[i]);
 
        }
 
        printf("\n*****************************************************\n");
 
    }
 
/**************************************************************
demo.c
linux driver example for UP-netarm3000 & UP-netarm2410
It can be compiled for x86 PC
author: zou jian-guo <ah_zou@163.com>
date: 2004-8-20
 
***************************************************************/
 
//#define CONFIG_DEVFS_FS
 
#ifndef __KERNEL__
# define __KERNEL__
#endif
#ifndef MODULE
# define MODULE
#endif
 
#include <linux/config.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/devfs_fs_kernel.h>
 
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h> /* printk() */
#include <linux/slab.h> /* kmalloc() */
#include <linux/fs.h> /* everything... */
#include <linux/errno.h> /* error codes */
#include <linux/types.h> /* size_t */
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/fcntl.h> /* O_ACCMODE */
#include <linux/poll.h> /* COPY_TO_USER */
#include <asm/system.h> /* cli(), *_flags */
 
#define DEVICE_NAME	"demo"
#define demo_MAJOR 254
#define demo_MINOR 0
static int MAX_BUF_LEN=1024;
static char drv_buf[1024];
static int WRI_LENGTH=0;
 
/*************************************************************************************/
/*逆序排列缓冲区数据*/
static void do_write()
{
 
int i;
int len = WRI_LENGTH;
char tmp;
for(i = 0; i < (len>>1); i++,len--){
tmp = drv_buf[len-1];
drv_buf[len-1] = drv_buf[i];
drv_buf[i] = tmp;
}
}
/*************************************************************************************/
static ssize_t demo_write(struct file *filp,const char *buffer, size_t count)
{
if(count > MAX_BUF_LEN)count = MAX_BUF_LEN;
copy_from_user(drv_buf , buffer, count);
WRI_LENGTH = count;
printk("user write data to driver\n");
do_write();
return count;
}
/*************************************************************************************/
static ssize_t demo_read(struct file *filp, char *buffer, size_t count, loff_t *ppos)
{
if(count > MAX_BUF_LEN)
count=MAX_BUF_LEN;
copy_to_user(buffer, drv_buf,count);
printk("user read data from driver\n");
return count;
}
/*************************************************************************************/
static int demo_ioctl(struct inode *inode, struct file *file,
unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
printk("ioctl runing\n");
switch(cmd){
case 1:printk("runing command 1 \n");break;
case 2:printk("runing command 2 \n");break;
default:
printk("error cmd number\n");break;
}
return 0;
}
/*************************************************************************************/
static int demo_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
sprintf(drv_buf,"device open sucess!\n");
printk("device open sucess!\n");
return 0;
}
/*************************************************************************************/
static int demo_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
MOD_DEC_USE_COUNT;
printk("device release\n");
return 0;
}
 
/*************************************************************************************/
static struct file_operations demo_fops = {
owner:	THIS_MODULE,
write:	demo_write,
read:	demo_read,
ioctl:	demo_ioctl,
open:	demo_open,
release:	demo_release,
};
/*************************************************************************************/
 
#ifdef CONFIG_DEVFS_FS
static devfs_handle_t devfs_demo_dir, devfs_demoraw;
#endif
 
/*************************************************************************************/
static int __init demo_init(void)
{
#ifdef CONFIG_DEVFS_FS
devfs_demo_dir = devfs_mk_dir(NULL, "demo", NULL);
devfs_demoraw = devfs_register(devfs_demo_dir, "0", DEVFS_FL_DEFAULT,
demo_MAJOR, demo_MINOR, S_IFCHR | S_IRUSR | S_IWUSR,
&demo_fops, NULL);
#else
int result;
SET_MODULE_OWNER(&demo_fops);
result = register_chrdev(demo_MAJOR, "demo", &demo_fops);
if (result < 0) return result;
// if (demo_MAJOR == 0) demo_MAJOR = result; /* dynamic */
#endif
printk(DEVICE_NAME " initialized\n");
return 0;
}
 
/*************************************************************************************/
static void __exit demo_exit(void)
{
unregister_chrdev(demo_MAJOR, "demo");
//kfree(demo_devices);
printk(DEVICE_NAME " unloaded\n");
}
 
/*************************************************************************************/
module_init(demo_init);
module_exit(demo_exit);

　　

三、exp4学习摘要

1.在 Makefile 中有两种编译方法，可以在本机上使用gcc。也可以使用交叉编译器进行编译，但是gcc的编译方法还有后续操作。如下：

如果使用 gcc 编译的话，在测试驱动程序时需要通过下面的命令来建立设备节点，如果使用交叉编译器的话，不需要建立设备节点。

#mknod /dev/demo c 254 0

2.当make出现问题时，可尝试打开makefile文件查看编译程序的所在路径是否正确，是否能够成功链接，若不能，则应该加以修改，这一点在实验五中也会涉及。修改是一个难度较大的操作，也没有学习过。可以多加留意学习。

四、实验体会

通过这次实验，虽然操作不难，但我们觉得注重在于对代码的理解，以及实验遇到问题时的解决。Makefile的路径修改成功，让我们很开心，但是也深深感到了自己对理论知识的掌握还不够，makefile学得还不够精，遇到问题的时候要学会一个个地寻找问题，如果不是这个问题，就排除它，寻找下一个问题原因的可能性。由于多番尝试，最终的成功解决，不仅能使我们尝到成功的喜悦，还能使我们对问题理解和记忆地更加深刻，今后再次遇到此类问题也就不用再担心。同时还帮助同学们解决了这个问题，加深了团队合作的意识。

实验依然是使用上次实验的环境，多次操作使得我们对ARM和REDHAT的搭建更加熟练。

在本次实验中，我负责查找实验指导书中对问题的剖析和预测。重点关注问题的解决方法，还有上网搜查问题的结症所在和解决方案。郑伟则是负责操作和调试。在遇到问题时，我们各司其职，她对自己的操作进行检查，我积极提出问题的可能根源。合作得很高效。

五、搭档博客传送门

http://www.cnblogs.com/zhengwei0712/20135322郑伟