【IMX6ULL驱动开发学习】19.mmap内存映射

mmap将一个文件或者其它对象映射进内存，使得应用层可以直接读取到驱动层的数据，无需通过copy_to_user函数
可以用于像LCD这样的外设， 需要读写大量数据的

一、应用层

mmap用法：

• 用open系统调用打开文件, 并返回描述符fd.
• 用mmap建立内存映射, 并返回映射首地址指针start.
• 对映射(文件)进行各种操作, 显示(printf), 修改(strcpy、memncpy、sprintf、直接修改等).
• 用munmap(void *start, size_t lenght)关闭内存映射.
• 用close系统调用关闭文件fd.

mmap函数：

void *mmap(void *addr, size_t length, int prot, int flags,
                  int fd, off_t offset);

参数	含义
addr	指向欲映射的内存起始地址，通常设为 NULL， 代表让系统自动选定地址，映射成功后返回该地址。
length	代表将文件中多大的部分映射到内存。
prot	映射区域的保护方式。可以为以下几种方式的组合： PROT_EXEC 映射区域可被执行 PROT_READ 映射区域可被读取 PROT_WRITE 映射区域可被写入 PROT_NONE 映射区域不能存取
flags	影响映射区域的各种特性。 在调用mmap()时必须要指定MAP_SHARED 或MAP_PRIVATE。
fd	要映射到内存中的文件描述符。 如果使用匿名内存映射时，即flags中设置了MAP_ANONYMOUS，fd设为-1。 有些系统不支持匿名内存映射，则可以使用fopen打开/dev/zero文件， 然后对该文件进行映射，可以同样达到匿名内存映射的效果。
offset	文件映射的偏移量，通常设置为0， 代表从文件最前方开始对应，offset必须是分页大小的整数倍。

内存映射之后对内存进行读写，可以用write、read，但是效率低，可以直接对mmap函数返回的地址进行操作
使用 strcpy 等字符串处理函数即可

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应用程序示例：

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

#define   MMSIZE   128

int main(int argc, char *argv[])
{
    int len;
    char wr_buf[] = "hello mmap";
	char read_buf[1024];
	char *start;

	...
	...
	
    /*open*/
    int fd;
    fd = open(argv[1], O_RDWR);
    if(fd < 0){
        printf("open failed\n");
        return -2;
    }
	printf("pid = %d\n", getpid());
	/* 将文件映射到进程的虚拟内存空间 */
	start = mmap(NULL, MMSIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, 
		         MAP_SHARED, fd, 0);
	printf("mmap address = 0x%x\n", start);
	/* 写数据 */
	strcpy(start, wr_buf);
	/* 读数据 */
	strcpy(read_buf, start);
//	read(fd, read_buf, MMSIZE);

	printf("new data = %s\n", start);
	printf("old data = %s\n", read_buf);
	while(1){
		sleep(5);
	}
	munmap(start, MMSIZE);
    close(fd);
    return 0;
}

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二、驱动层

• 首先，驱动程序先分配好一段内存
• 接着用户进程通过库函数mmap()来告诉内核要将多大的内存映射到内核空间
• 内核经过一系列函数调用后调用对应的驱动程序的file_operation中指定的xxx_mmap函数
• 在xxx_mmap函数中调用remap_pfn_range()来建立映射关系。

驱动程序示例：

......
......

#define   MM_SIZE   1024 * 8
#define   MIN(x,y)  (x < y ? x : y)

static char *buf = NULL;

static ssize_t hello_read (struct file *filp, char  *buff, size_t size, loff_t *offset)
{
	int err;
	err = copy_to_user(buff, buf, MIN(MM_SIZE, size));
	return MIN(MM_SIZE, size);
}

static int hello_mmap (struct file *filp, struct vm_area_struct *vma)
{	
	/*设置属性: cache，buffer */
	vma->vm_page_prot = pgprot_writecombine(vma->vm_page_prot);

	if(remap_pfn_range(vma,//虚拟内存区域，即设备地址将要映射到这里  
                       vma->vm_start,//虚拟空间的起始地址  
                       virt_to_phys(buf)>>PAGE_SHIFT,//与物理内存对应的页帧号，物理地址右移12位  
                       vma->vm_end - vma->vm_start,//映射区域大小，一般是页大小的整数倍  
                       vma->vm_page_prot))//保护属性，  
    {  
        return -EAGAIN;  
    }  
    return 0;
}

/*定义 file_operations 结构体*/
static const struct file_operations hello_drv = {
	.read		= hello_read,
	.open		= hello_open,
	.mmap 		= hello_mmap,
	......
	......
};

/*入口函数*/
static int hello_init(void)
{
	//内核申请内存只能按页申请，申请该内存以便后面把它当作虚拟设备
	buf = kmalloc(MM_SIZE, GFP_KERNEL);
	strcpy(buf, "abc");  //先放入一些数据
	......
	......
	
	return 0;
}

/*退出函数*/
static void hello_exit(void)
{
	kfree(buf);
	......
	......
}	

......
......

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三、测试

直接口述吧
当mmap的参数为MAP_SHARED时，使用strcpy和read读取的数据和写入的相同；
当mmap的参数为MAP_PRIVATE时，使用strcpy读取的数据和写入的相同，read的数据和写入的不同（因为read到的是原内存的数据，MAP_PRIVATE标志会使得在写入内存数据时，内核会自动把内存空间拷贝一份，从而read到的是原来的内存，而写入的数据写入到了拷贝的新内存中）