Linux系统“/dev/mem”设备使用详解(Hi3520D)

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1 前言

  linux系统用户态访问内核态通常有这几种方式：

• 设备文件，“read/write/ioctl”，常用的方式
• prcfs进程文件系统
• sysfs虚拟文件系统，
• 内存映射（mmap）
• netlink socket

  本文描述的是“设备文件”与“内存映射（mmap）”的一个应用范畴，linux系统提供了一个虚拟设备“/dev/mem”，结合mmap函数，用户态可以直接访问内核物理地址空间。

2 “/dev/mem”设备

  “/dev/mem”是linux系统的一个虚拟字符设备，无论是标准linux系统还是嵌入式linux系统，都支持该设备。

  “/dev/mem”设备是内核所有物理地址空间的全映像，这些地址包括：

• 物理内存（RAM）空间
• 物理存储（ROM）空间
• cpu总线地址
• cpu寄存器地址
• 外设寄存器地址，GPIO、定时器、ADC

  “/dev/mem”设备通常与“mmap”结合使用，将该设备的物理内存映射到用户态，这样用户空间可以直接访问内存态。

  因为涉及访问内核空间，因此只有root用户才有访问“/dev/mem”设备的权限。

2.1 设备使用优点

• 用户可以直接访问内核物理空间，省略内存拷贝过程，效率高
• 访问灵活，一般用于前期BSP、驱动、SDK调试，

2.2 设备使用不足

  由于把内核态内存访问权限直接交给用户，灵活性和高效率的同时，可能带来安全性的隐患。

• 增加内核不稳定性，进程崩溃可能导致内核崩溃
• 访问非法空间时可能导致内核崩溃

2.3 使用方法

  “/dev/mem”设备通常与“mmap”结合使用，将该设备的物理内存映射到用户态，在用户态直接访问内核态物理内存。

【1】第一步，open一个“/dev/mem”文件描述符，访问权限可以为只读（O_RDONLY ）、只写（O_WRONLY ）、读写（O_RDWR ）的阻塞或者非阻塞方式。

int fd = 0；
fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_NDELAY);   /* 读写权限，非阻塞 */

【2】第二步，通过mmap把需访问的目标物理地址与“/dev/mem”文件描述符建立映射。

char *mmap_addr = NULL;

mmap_addr=(char *)mmap(NULL, MMAP_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, MMAP_ADDR);  

注：
关于mmap函数的使用方法，参考“mmap内存映射”文章。

【3】第三步，地址读写访问。

int a = 0；

*(int*)mmap_addr = 0x10;	/* 写地址 */
a = *(int)mmap_addr;		/* 读地址 */

3 应用例子

  上一篇文章中描述“嵌入式linux下获取cpu温度的方法”；后面发现海思Hi3520DV400提供的SDK linux系统并未支持标准cpu温度读取接口。下面我们通过“/dev/mem”设备，在用户态直接读取Hi3520D的cpu温度寄存器，来获取当前cpu温度值。

  首先查阅Hi3520D的寄存器手册，理解cpu温度寄存器使用与温度读取方法。

Hi3520D cpu温度读取与计算方法

Hi3520D cpu温度控制寄存器

Hi3520D cpu温度数据寄存器0

  根据寄存器手册，Hi3520D cpu温度支持单次采样和循环采样，我们选择单次采样，从数据寄存器0获取温度数据值，然后换算为实际温度。实现源代码如下。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

#define REG_PERT_BASE_ADDR		0x120E0000	/* 寄存器基地址 */
#define REG_PERT_PMC68_ADDR 	0x110		/* 温度控制寄存器 */
#define REG_PERT_PMC70_ADDR 	0x118		/* 温度值寄存器0 */
#define REG_PERT_PMC71_ADDR 	0x11C		/* 温度值寄存器1 */
#define REG_PERT_PMC72_ADDR 	0x120		/* 温度值寄存器2 */
#define REG_PERT_PMC73_ADDR 	0x124		/* 温度值寄存器3 */

#define VALUE_ENABLE_TSENSOR	(0x01<<30)	/* 使能温度转换 */
#define VALUE_DISABLE_TSENSOR	(0x0)		/* 失能温度转换 */

#define MMAP_SIZE 0x1000					/* 映射内存大小，通常为一个内存页(4096)整数 */
#define MMAP_ADDR REG_PERT_BASE_ADDR		/* 映射物理地址 */

int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd = 0;
	int *preg_pmc68 = NULL;
	int *preg_pmc70 = NULL;
	char *mmap_base = NULL;
	int   temp = 0;
	
	fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_NDELAY);        
    if (fd < 0)    
    {  
        printf("open mem fd failed,%s\n", strerror(errno));      
        return -1;  
    }  
	mmap_base=(char *)mmap(NULL, MMAP_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, MMAP_ADDR);  
	
	if (NULL == mmap_base)
	{
		printf("mmap failed,%s\n", strerror(errno));
		return -1;
	}
	
	preg_pmc68 = (int*)(mmap_base + REG_PERT_PMC68_ADDR);
	preg_pmc70 = (int*)(mmap_base + REG_PERT_PMC70_ADDR);
	
	for(;;)
	{
		*preg_pmc68 = VALUE_ENABLE_TSENSOR;		 /* 单次转换 */
		*preg_pmc68 = VALUE_DISABLE_TSENSOR;
		temp = *preg_pmc70 & 0x3ff;				 /* 单次转换温度值存于code0 */
		temp = 10 * (temp-125) * 165 / 806 - 400;/* 扩大10倍取1位小数 */
		printf("cpu temperature: [%d.%d C]\n", temp/10, temp%10);
		sleep(2);	
	}	
	munmap(mmap_base, MMAP_SIZE);
	close(fd);
	return 0;
}

编译运行

• 交叉编译
• 通过nfs或者u盘将执行文件传输至Hi3520D板端执行

/* 编译 */
# arm-hisiv500-linux hi_temp.c -o hi_temp

/* 执行 */
# ./hi_temp 
cpu temperature: [54.3 C]
cpu temperature: [54.3 C]
cpu temperature: [54.1 C]

4 参考文章

【1】/dev/mem可没那么简单