嵌入式编程中应如何使用 mmap 访问 CPU 寄存器

dcr309duan 发布于2019-05-29 19:20 / 2493人阅读

摘要：本文地址详解驱动虚拟地址和物理地址的映射嵌入式应用程序如何读取修改芯片寄存器的值和大家都知道，是用来做内存映射的，可以将一个文件描述符映射到内存当中，实现对该文件描述符的直接读写。

之前忘了在哪了，看到一个面试题：在 Linux 中如果不允许你写内核驱动，但是要访问内核寄存器，那应该怎么做？
答案就是使用 mmap() 系统调用，搭配 Linux 的一个设备节点 /dev/mem。

本文地址：https://segmentfault.com/a/1190000008381626

Reference

/dev/mem
mmap详解
Linux驱动虚拟地址和物理地址的映射
嵌入式 Linux应用程序如何读取(修改)芯片寄存器的值
file - C - Bus error when using mmap - Stack Overflow

mmap() 和 /dev/mem

mmap() 大家都知道，是用来做内存映射的，可以将一个文件描述符映射到内存当中，实现对该文件描述符的直接读写。

/dev/mem 则关注的人比较少。这个设备节点在 Linux 中都有，是物理内存的完整映像。这个厉害了，如果你访问这个节点，实际可以这么说：你就取得了对整个系统的最高权限。在用户空间中实现设备驱动，实际上就是通过这个节点实现的。

很多跑 Linux 的芯片，会将自己的寄存器映射到内存空间的一个段中。这些相对于 /dev/mem 来说就是绝对地址上的一段内存空间而已，因此通过 mmap 对应的地址段，就可以实现对指定寄存器的访问。

Bus error

道理是这么讲，但是实际上写代码，直接尝试去映射 /dev/mem 的时候，内核却直接抛出 “Bus error” 的错误信息，把我的程序中止了。查阅资料，才知道很重要的一个信息：内存映射必须以页对齐。

这个时候就需要用 getpagesize() 来获取页的大小啦。思路就是：当上层调用需要获取某段地址的时候，程序首先找到其对应的段起始地址，mmap 了之后再找偏移。

代码

废话少说，直接上代码（很短）：

static int read_global_mem(void *out, size_t length, off_t offset)
{
        uint8_t *data = NULL;
        int ret = -1;
        off_t pageSize = getpagesize();
        size_t actualLen = 0;
        off_t actualOffset = 0;

        if (NULL == out || 0 == length) {
                errno = EINVAL;
                goto ENDS;
        }

        int fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC);
        if (fd < 0) {
                goto ENDS;
        }

        actualOffset = offset & ~(pageSize - 1);           // 找到对应的段起始
        actualLen    = length + (offset - actualOffset);   // 判断实际需要 mmap 的长度

        data = mmap(NULL, actualLen, PROT_READ, MAP_SHARED, fd, actualOffset);
        if (NULL == data) {
                goto ENDS;
        }

        memmove(out, data + (offset - actualOffset), length);

        /* success */
        ret = 0;
ENDS:
        if (fd) {
                close(fd);
                fd = -1;
        }
        if (data) {
                munmap(data, length);
                data = NULL;
        }
        return ret;
}

寄存器写

上面的代码是关于寄存器读的。寄存器写的代码基本上是差不多的，不同的有几个：

mmap() 的时候，改成 “PROT_READ | PROT_WRITE”

在共享内存中修改了指定的数据段之后，调用 msync() 将被修改了的寄存器值写回内核

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