嵌入式（驱动开发）（内核内存管理）
一、内核内存管理框架
内核将物理内存等分成N块4KB，称之为一页，每页都用一个struct page来表示，采用伙伴关系算法维护
内核地址空间划分图：
3G~3G+896M：低端内存，直接映射 虚拟地址 = 3G + 物理地址
细分为：ZONE_DMA、ZONE_NORMAL
分配方式：
1. kmalloc:小内存分配，slab算法
2. get_free_page：整页分配，2的n次方页，n最大为10
大于3G+896M：高端内存
细分为：vmalloc区、持久映射区、固定映射区
分配方式：vmalloc：虚拟地址连续，物理地址不连续
二、内核中常用动态分配
2.1 kmalloc（效率高，申请空间小）
函数原型：
void *kmalloc(size_t size, gfp_t flags);
kmalloc() 申请的内存位于直接映射区域，而且在物理上也是连续的，它们与真实的物理地址只有一个固定的偏移，因为存在较简单的转换关系，所以对申请的内存大小有限制，不能超过128KB。
较常用的 flags（分配内存的方法）：
- GFP_ATOMIC —— 分配内存的过程是一个原子过程，分配内存的过程不会被（高优先级进程或中断）打断。一般异常上下文用这个，因为他申请内存时不会被打断，申请失败直接返回；
- GFP_KERNEL —— 正常分配内存。一般任务上下文用这个，因为申请内存时如果没有可以忙等待；
- GFP_DMA —— 给 DMA 控制器分配内存，需要使用该标志（DMA要求分配虚拟地址和物理地址连续）。
flags 的参考用法：
|– 进程上下文，可以睡眠 GFP_KERNEL
|– 异常上下文，不可以睡眠 GFP_ATOMIC
| |– 中断处理程序 GFP_ATOMIC
| |– 软中断 GFP_ATOMIC
| |– Tasklet GFP_ATOMIC
|– 用于DMA的内存，可以睡眠 GFP_DMA | GFP_KERNEL
|– 用于DMA的内存，不可以睡眠 GFP_DMA |GFP_ATOMIC
对应的内存释放函数为：
void kfree(const void *objp);
void *kzalloc(size_t size, gfp_t flags)
2.2 vmalloc（效率低，申请空间大）
void *vmalloc(unsigned long size);
vmalloc() 函数则会在虚拟内存空间给出一块连续的内存区，但这片连续的虚拟内存在物理内存中并不一定连续。由于 vmalloc() 没有保证申请到的是连续的物理内存，因此对申请的内存大小没有限制，如果需要申请较大的内存空间就需要用此函数了。
对应的内存释放函数为：
void vfree(const void *addr);
注意：vmalloc() 和 vfree() 可以睡眠，因此不能从异常上下文调用。
2.3 kmalloc & vmalloc 的比较
kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的共同特点是：
- 用于申请内核空间的内存；
- 内存以字节为单位进行分配；
- 所分配的内存虚拟地址上连续；
kmalloc()、kzalloc()、vmalloc() 的区别是：
- kzalloc 是强制清零的 kmalloc 操作；（以下描述不区分 kmalloc 和 kzalloc）
- kmalloc 分配的内存大小有限制（128KB），而 vmalloc 没有限制；
- kmalloc 可以保证分配的内存物理地址是连续的，但是 vmalloc 不能保证；
- kmalloc 分配内存的过程可以是原子过程（使用 GFP_ATOMIC），而 vmalloc 分配内存时则可能产生阻塞；
- kmalloc 分配内存的开销小，因此 kmalloc 比 vmalloc 要快；
一般情况下，内存只有在要被 DMA 访问的时候才需要物理上连续，但为了性能上的考虑，内核中一般使用 kmalloc()，而只有在需要获得大块内存时才使用 vmalloc()。
2.4 分配选择原则：
- 小内存（< 128k）用kmalloc,大内存用vmalloc或get_free_page
- 如果需要比较大的内存，并且要求使用效率较高时用get_free_page,否则用vmalloc
init函数
三、IO访问-------访问外设控制器的寄存器
两种方式：
- IO端口：X86上用IO指令访问
- IO内存：外设寄存器在SOC芯片手册上都有相应物理地址
IO内存访问接口：
static inline void __iomem *ioremap(unsigned long offset, unsigned long size)
/*
功能：实现IO管脚的映射
参数：offset:该管脚的偏移地址
Size:该管脚映射空间的大小
返回值：成功返回映射的虚拟地址,失败NULL
*/
static inline void iounmap(volatile void __iomem *addr)
/*
功能：解除io管脚的映射
参数：addr:io管脚映射的地址
*/
unsigned readb(void *addr);//1字节 或ioread8(void *addr)
unsigned readw(void *addr);//2字节 或ioread16(void *addr)
unsigned readl(void *addr);//4字节 或ioread32(void *addr)
/*
功能：读取寄存器的值
参数：addr 地址
返回值：读到的数据
*/
void writeb(unsigned value, void *addr);//1字节 或iowrite8(u8 value, void *addr)
void writew(unsigned value, void *addr);//2字节 或iowrite16(u16 value, void *addr)
void writel(unsigned value, void *addr);//4字节 或iowrite32(u32 value, void *addr)
/*
功能：向指定的寄存器中，写入数据。
参数：value：待写入寄存器中的数据
Address：寄存器的虚拟地址
*/
四、led驱动
- 读原理图
- 查阅SOC芯片手册
GPX2_7 led2 GPX2CON----0x11000C40---28~31-----0001 GPX2DAT-----0x11000C44-----7
GPX1_0 led3 GPX1CON----0x11000C20---0~3-----0001 GPX1DAT----0x11000C24-----0
GPF3_4 led4 GPF3CON----0x114001E0---16~19-----0001 GPF3DAT----0x114001E4-----4
GPF3_5 led5 GPF3CON----0x114001E0---20~23-----0001 GPF3DAT----0x114001E4-----5
-
编写驱动
a. 设计设备数据类型
str uct myled_dev { struct cdev mydev; unsigned long * led2con; unsigned long * led2dat; unsigned long * led3con; unsigned long * led3dat; unsigned long * led4con; unsigned long * led4dat; unsigned long * led5con; unsigned long * led5dat; };b. 考虑需要支持的函数
c. 模块入口：ioremap + 设置成输出
d. 模块出口：iounmap
e. 编写关灯函数和开灯函数，实现ioctl
led内核驱动代码
#include leddrv.h
#ifndef LED_DRIVER_H
#define LED_DRIVER_H
#define LED_DEV_MAGIC 'g'
#define MY_LED_OFF _IO(LED_DEV_MAGIC,0)
#define MY_LED_ON _IO(LED_DEV_MAGIC,1)
#endif
app
#include