如何在 Linux 用户空间中使用 uio 框架访问 portio？

通过 Linux 用户空间中的 uio 框架访问 portio

简介

在 Linux 系统中，uio 框架提供了访问用户空间中非页对齐寄存器的机制。对于需要精确访问特定寄存器的应用来说，这非常有用。本文将深入探讨如何使用 uio 框架从 Linux 用户空间访问 portio。

uio 框架

uio 框架是一种内核模块，允许用户空间进程直接访问硬件。它通过将硬件寄存器映射到用户空间地址来实现这一点。uio 框架通过系统文件 /sys/class/uio 提供对这些映射地址的访问。

使用 uio_info.port[] 访问 portio

uio_info.port[] 是 uio 框架中的一个数据结构，它允许访问 portio 设备。portio 是内存映射 I/O 区域的一部分，用于访问特定寄存器。通过在 uio_info 数据结构中声明 uio_info.port[]，可以获得对特定寄存器的访问权限。

将物理地址转换为用户空间地址

通过 uio_info.port[] 获得的物理地址无法直接在用户空间中访问。必须将其转换为用户空间地址。这可以通过以下步骤实现：

1. 打开 /sys/class/uio/uioX/portio/port0 设备文件。
2. 读出 offset 和 size 属性。
3. 使用 mmap() 函数将 offset 和 size 映射到用户空间。

代码示例

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <linux/uio_driver.h>

int main() {
  // 打开 portio 设备文件
  int fd = open("/sys/class/uio/uioX/portio/port0", O_RDWR);
  if (fd < 0) {
    perror("open");
    return EXIT_FAILURE;
  }

  // 读出 offset 和 size 属性
  unsigned long offset;
  unsigned long size;
  if (ioctl(fd, UIO_GET_OFFSET, &offset) < 0) {
    perror("ioctl UIO_GET_OFFSET");
    close(fd);
    return EXIT_FAILURE;
  }

  if (ioctl(fd, UIO_GET_SIZE, &size) < 0) {
    perror("ioctl UIO_GET_SIZE");
    close(fd);
    return EXIT_FAILURE;
  }

  // 将 portio 映射到用户空间
  void *addr = mmap(NULL, size, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, offset);
  if (addr == MAP_FAILED) {
    perror("mmap");
    close(fd);
    return EXIT_FAILURE;
  }

  // 访问 portio
  *addr = 0x1234;

  // 取消映射 portio
  if (munmap(addr, size) < 0) {
    perror("munmap");
    close(fd);
    return EXIT_FAILURE;
  }

  // 关闭 portio 设备文件
  close(fd);

  return EXIT_SUCCESS;
}

注意事项

在使用 uio 框架时，需要注意以下事项：

• 如果同时声明 uio_info.port[] 和 uio_info.mem[]，则无法使用 mmap() 函数。
• 使用 portio 可能需要特权访问。

结论

通过使用 uio 框架中的 uio_info.port[] 数据结构，可以从 Linux 用户空间精确访问非页对齐寄存器。这对于需要低级硬件交互的应用非常有用。

常见问题解答

1. 什么是 uio 框架？
   uio 框架是一种内核模块，允许用户空间进程直接访问硬件。
2. 如何使用 uio 框架访问 portio？
   可以通过在 uio_info 数据结构中声明 uio_info.port[] 来访问 portio 设备。
3. 如何将物理地址转换为用户空间地址？
   可以使用 mmap() 函数将物理地址转换为用户空间地址。
4. 使用 portio 时需要注意什么？
   使用 portio 可能需要特权访问，并且不能同时声明 uio_info.port[] 和 uio_info.mem[]。
5. uio 框架在哪些应用中有用？
   uio 框架对于需要低级硬件交互的应用非常有用。