应用层mmap和驱动层mmap之间的联系

前言

        本文是边整理思路，边测代码整理出来的。是笔记。

        mmap的函数如下：

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

        默认情况下，addr值为空，中间的 length, prot, flags,fd 四个参数基本不会有争议。本节讨论addr和offset这两个参数，并书写测试代码进行测试验证。

最后一个参数看名字表示偏移，它是哪里到哪里的偏移呢？它是传输到内核的mmap函数以后，会变成什么呢？

一 错误的打开方式？

如下代码：

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
#define IMAGE_SIZE	1280*800
#define DEV_NAME	"/dev/video1"
int main(int argc,char *argv[])
{
	int i = 0;
	char *vaddr = NULL;
	char *vaddr_bak = NULL;
	char *name;
	int fd = 0;
	if(argc < 2){
		name = DEV_NAME;
	}else{
		name = argv[1];
	}
	fd = open(name,O_RDONLY);
	if(fd < 0){
		perror("open");
		return -1;
	}
	printf("open %s ok\n",name);
	for(i = 0;i < 5;i++){
		vaddr = mmap(NULL, IMAGE_SIZE,
                PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
                fd, i*IMAGE_SIZE);
		printf("vaddr_%d = %p\n",i,vaddr);
		if(vaddr_bak != NULL){
			printf("%d\n",abs(vaddr_bak - vaddr));			
		}
		vaddr_bak = vaddr;
	}
	close(fd);
	return 0;
}
 

输出结果，

root@hehe:~# ./mmap
open /dev/video1 ok
vaddr_0 = 0xffffffff
vaddr_1 = 0xffffffff
vaddr_2 = 0xffffffff
vaddr_3 = 0xffffffff
vaddr_4 = 0xffffffff
root@hehe:~#

        先不说mmap参数有没有问题，open打开方式O_RDONLY，将用户空间的内存映射到内核空间为什么不能是只读映射呢？当然可以了。

这个问题有两个解决方案：1）O_RDONLY换成O_RDWR 2）mmap中PROT_WRITE去掉。我们先尝试第一种方案：

方案1：O_RDONLY换成O_RDWR

        修改open打开方式如下所示：

fd = open(name,O_RDWR);

再次运行：结果看上去是没错了。映射地址的间距是1024000，

root@hehe:~# ./mmap
open /dev/video1 ok
vaddr_0 = 0x76ce2000
vaddr_1 = 0x76be8000
1024000
vaddr_2 = 0x76aee000
1024000
vaddr_3 = 0x769f4000
1024000
vaddr_4 = 0x768fa000
1024000
root@hehe:~#
 

方案二：mmap中PROT_WRITE去掉

此时的open如下：

fd = open(name,O_RDONLY);

mmap如下：

vaddr = mmap(NULL, IMAGE_SIZE,
                PROT_READ, MAP_SHARED,
                fd, i*IMAGE_SIZE);

测试结果：

open /dev/video1 ok
vaddr_0 = 0x76d33000
vaddr_1 = 0x76c39000
1024000
vaddr_2 = 0x76b3f000
1024000
vaddr_3 = 0x76a45000
1024000
vaddr_4 = 0x7694b000
1024000
root@hehe:~#

        总结一下，就是open中读写方式要和mmap中设置的读写方式保持一致。

二 mmap的offset设置为自定义的值怎么样？

这个暂时还没有比较有逻辑的测试方法。

三 munmap函数测试

int munmap(void *addr, size_t length);

参数addr：mmap返回的虚拟地址

参数length：mmap映射时的地址长度

example：

for(i = 0;i < 5;i++){
		printf("munmap = %d\n",munmap(vaddr_array[i].vaddr,vaddr_array[i].length));
	}

四 验证映射的地址的准确性

        在内核中申请的指针数组映射到用户空间的指针数组，如何保证他们肯定是一一对应的呢？在内核中申请完内存后，给他们一个初值，如下所示：通过sprintf(new_node->buf,"buf %d",i);，给每个内存块写一个字符串。

static int csi_dev_node_array_init(struct csi_dev_ *cm_dev)
{
	int i = 0;
	struct buf_node *new_node;
	
	for(i = 0;i < cm_dev->frame_count;i++){		
		new_node = kmalloc(sizeof(struct buf_node),GFP_KERNEL);		
		if(IS_ERR(new_node)){
			DEBUG_CM("kmalloc error");
			return -ENOMEM;
		}
		cm_dev->node_array[i] = new_node;
		
		INIT_LIST_HEAD(&new_node->node);
		new_node->buf = kmalloc(CSI_DEV_IMAGE_SIZE,GFP_KERNEL|GFP_DMA);
		if(IS_ERR(new_node->buf)){
			kfree(new_node);
			DEBUG_CM("kmalloc error");
			return -ENOMEM;
		}
		new_node->index = i;
		sprintf(new_node->buf,"buf %d",i);
		list_add_tail(&new_node->node,&cm_dev->ready_list);		
	}
	return 0;
}

        在用户空间：打印映射后的内存       

    for(i = 0;i < 5;i++){
		printf("vaddr_array[%d].vaddr = %s\n",i,vaddr_array[i].vaddr);
	}

        经过测试后：保证了内存映射的准确性。至少映射对了地方。

-------------------
vaddr_array[0].vaddr = buf 0
vaddr_array[1].vaddr = buf 1
vaddr_array[2].vaddr = buf 2
vaddr_array[3].vaddr = buf 3
vaddr_array[4].vaddr = buf 4

五 本次实验的完整的用户空间代码

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
 
#define IMAGE_SIZE	1280*800
#define DEV_NAME	"/dev/video1"
#define handle_error(msg) \
           do { perror(msg); exit(EXIT_FAILURE); } while (0)
struct vaddr_mmap_{
	char *vaddr;
	int length;
	int offset;
};
struct vaddr_mmap_ vaddr_array[5];
int main(int argc,char *argv[])
{
	int i = 0;
	char *vaddr = NULL;
	char *vaddr_bak = NULL;
	char *name;
	int fd = 0;
	struct v4l2_buffer buf;
	int len;
	
	if(argc < 2){
		name = DEV_NAME;
	}else{
		name = argv[1];
	}
	fd = open(name,O_RDWR);
	if(fd < 0){
		perror("open");
		return -1;
	}
	printf("open %s ok\n",name);
	buf.type = V4L2_BUF_TYPE_VIDEO_CAPTURE;
    buf.memory = V4L2_MEMORY_MMAP;
    for (buf.index = 0; buf.index < 5; buf.index++) {
		printf("----------%d---------\n",buf.index);
        if(ioctl(fd, VIDIOC_QUERYBUF, &buf) < 0){
			handle_error("VIDIOC_QUERYBUF error");
		}
        printf("buf.length = %d,buf.index = %d,buf.m.offset = %d\n",
			buf.length,buf.index,buf.m.offset);
        vaddr = mmap(NULL, buf.length,
                PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED,
                fd, buf.m.offset);
        if (MAP_FAILED == vaddr) {
            handle_error("mmap error");
        }
		if(vaddr_bak != NULL){
			printf("%d\n",abs(vaddr_bak - vaddr));			
		}
		printf("vaddr = %p\n",vaddr);
		vaddr_bak = vaddr;
		vaddr_array[buf.index].vaddr = vaddr;
		vaddr_array[buf.index].length = buf.length;
		vaddr_array[buf.index].offset = buf.m.offset;
		printf("-------------------\n");
    }  
	for(i = 0;i < 5;i++){
		printf("vaddr_array[%d].vaddr = %s\n",i,vaddr_array[i].vaddr);
	}		
    for(i = 0;i < 5;i++){
		printf("munmap = %d\n",munmap(vaddr_array[i].vaddr,vaddr_array[i].length));
	}
	close(fd);
	return 0;
}

结束