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分类: LINUX

2012-10-08 08:02:57

  1. void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset);  

内存映射函数mmap负责把文件内容映射到进程的虚拟内存空间,通过对这段内存的读取和修改,来实现对文件的读取和修改,而不需要再调用read,write等操作。
addr:指定映射的起始地址,通常设为NULL,由系统指定。
length:映射到内存的文件长度。
prot:映射的保护方式,可以是:
PROT_EXEC:映射区可被执行
PROT_READ:映射区可被读取
PROT_WRITE:映射区可被写入
PROT_NONE:映射区不能存取
Flags:映射区的特性,可以是:
MAP_SHARED:
写入映射区的数据会复制回文件,且允许其他映射该文件的进程共享。
MAP_PRIVATE:
对映射区的写入操作会产生一个映射区的复制(copy_on_write),对此区域所做的修改不会写回原文件。
fd:由open返回的文件描述符,代表要映射的文件。
offset:以文件开始处的偏移量,必须是分页大小的整数倍,通常为0,表示从文件头开始映射。
解除映射:

C-sharp代码 
  1. int munmap(void *start, size_t length);  

功能:取消参数start所指向的映射内存,参数length表示欲取消的内存大小。
返回值:解除成功返回0,否则返回-1,错误原因存在于errno中。
虚拟地址区域:vm_area_struct
Linux内核使用结构vm_area_struct()描述虚拟内存区域,其中几个主要成员如下:
unsigned long vm_start 虚拟内存区域起始地址
unsigned long vm_end 虚拟内存区域结束地址
unsigned long vm_flags 该区域的标志
如:VM_IO和VM_RESERVED。VM_IO将该VMA标记为内存映射的IO区域,VM_IO会阻止系统将该区域包含在进程的存放转存(core dump)中,VM_RESERVED标志内存区域不能被换出。
mmap设备操作
映射一个设备是指把用户空间的一段地址关联到设备内存上,当程序读写这段用户空间的地址时,它实际上是在访问设备。这里需要做的两个操作:
1.找到可以用来关联的虚拟地址区间
2.关联
其中找到可以用来关联的虚拟地址区间是由内核完成的,mmap只要关联这个操作。
mmap方法是file_operations结构的成员,在mmap系统调用发出时被调用。在此之前,内核已经完成了很多工作。mmap设备方法所需要做的就是建立虚拟地址到物理地址的页表

C-sharp代码 
  1. void (*mmap)(struct file*, struct vm_area_struct *);  

其中第二个参数struct vm_area_struct *相当于内核找到的,可以拿来用的虚拟内存区间。
mmap完成页表的建立:
方法有二:
1.使用remap_pfn_range一次建立所有页表;
2.使用nopage VMA方法每次建立一个页表;
构造页表的工作可由remap_pgn_range函数完成,原型如下:

C-sharp代码 
  1. int remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr, unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t prot);  

vma是内核为我们找到的虚拟地址空间,addr要关联的是虚拟地址,pfn是要关联的物理地址,size是关联的长度是多少。
mmap设备操作实例:

C-sharp代码 
  1. int memdev_map(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma){  
  2.     vma->vm_flags |= VM_IO;  
  3.     vma->vm_flags |= VM_RESERVED;  
  4.     if(remap_pgn_range(vma,vma->start, virt_to_phys(dev->data>>PAGE_SHIFT),size,vma->vm_page_prot))  
  5.         return -EAGAIN;  
  6.     return 0;  
  7. }  

先说一下对于ARM而言虚拟地址与物理地址的关系:
在arch/arm/include/asm/memory.h中:

C-sharp代码 
  1. #define __virt_to_phys(x)   ((x) - PAGE_OFFSET + PHYS_OFFSET)  
  2. #define __phys_to_virt(x)   ((x) - PHYS_OFFSET + PAGE_OFFSET)  
  3.   
  4. static inline unsigned long virt_to_phys(void *x)  
  5. {  
  6.     return __virt_to_phys((unsigned long)(x));  
  7. }  
  8.   
  9. static inline void *phys_to_virt(unsigned long x)  
  10. {  
  11.     return (void *)(__phys_to_virt((unsigned long)(x)));  
  12. }  

上面转换过程的PAGE_OFFSET通常为3G,而PHYS_OFFSET则定于为系统DRAM内存的基地址。因此,对于我们的开发板,并不是将0地址映射到3G,而是将外接的SDRAM的首地址映射到3G(启动时的重映射)。注意:这里的virt_to_phys和phys_to_virt方法仅适用于896MB以下的低端内存,高端内存的虚拟地址与物理地址之间不存在如此简单的换算关系。下边是fbmem.c中的mmap操作,示意图如下:

C-sharp代码 
  1. static int  
  2. fb_mmap(struct file *file, struct vm_area_struct * vma)  
  3. __acquires(&info->lock)  
  4. __releases(&info->lock)  
  5. {  
  6.     int fbidx = iminor(file->f_path.dentry->d_inode);  
  7.     struct fb_info *info = registered_fb[fbidx];  
  8.     struct fb_ops *fb = info->fbops;  
  9.     unsigned long off;  
  10.     unsigned long start;  
  11.     u32 len;  
  12.   
  13.     if (vma->vm_pgoff > (~0UL >> PAGE_SHIFT))  
  14.         return -EINVAL;  
  15.     /* 
  16.      *vma->vm_pgoff是vma区域在文件中的偏移量,即图中的off,左移PAGE_SHIFT是把以页为单位转为以字节为单位 
  17.      *若PAGE_SIZE为4KB,则PAGE_SHIFT为12,因为PAGE_SIZE等于1< 
  18.      */  
  19.     off = vma->vm_pgoff << PAGE_SHIFT;  
  20.     if (!fb)  
  21.         return -ENODEV;  
  22.     /*如果具体设备驱动中实现了mmap,则调用具体设备驱动中的mmap,否则使用fbmem.c中的*/  
  23.     if (fb->fb_mmap) {  
  24.         int res;  
  25.         mutex_lock(&info->lock);  
  26.         res = fb->fb_mmap(info, vma);  
  27.         mutex_unlock(&info->lock);  
  28.         return res;  
  29.     }  
  30.   
  31.     mutex_lock(&info->lock);  
  32.   
  33.     /*显存的物理地址*/  
  34.     start = info->fix.smem_start;  
  35.     /*求出帧缓冲的长度*/  
  36.     len = PAGE_ALIGN((start & ~PAGE_MASK) + info->fix.smem_len);  
  37.     if (off >= len) {  
  38.         /* memory mapped io */  
  39.         off -= len;  
  40.         if (info->var.accel_flags) {  
  41.             mutex_unlock(&info->lock);  
  42.             return -EINVAL;  
  43.         }  
  44.         /*内存映射I/O的开始位置*/  
  45.         start = info->fix.mmio_start;  
  46.         /*内存映射I/O的长度*/    
  47.         len = PAGE_ALIGN((start & ~PAGE_MASK) + info->fix.mmio_len);  
  48.     }  
  49.     mutex_unlock(&info->lock);  
  50.     /*把起始地址页对齐*/  
  51.     start &= PAGE_MASK;  
  52.     /*如果区域大于总长度,报错*/  
  53.     if ((vma->vm_end - vma->vm_start + off) > len)  
  54.         return -EINVAL;  
  55.     /*得到在文件中的偏移*/  
  56.     off += start;  
  57.     /*把以页为单位转为以字节为单位*/  
  58.     vma->vm_pgoff = off >> PAGE_SHIFT;  
  59.     /* This is an IO map - tell maydump to skip this VMA */  
  60.     /*设置VMA标志,将VMA设置成一个内存映射的IO区域,VM_RESERVED告诉内存管理系统不要将VMA交换出去*/  
  61.     vma->vm_flags |= VM_IO | VM_RESERVED;  
  62.     fb_pgprotect(file, vma, off);  
  63.     /*真正建立映射的部分,为物理地址和虚拟地址建立页表*/  
  64.     if (io_remap_pfn_range(vma, vma->vm_start, off >> PAGE_SHIFT,  
  65.                  vma->vm_end - vma->vm_start, vma->vm_page_prot))  
  66.         return -EAGAIN;  
  67.     return 0;  
  68. }  

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