详细分析请看：韦东山：Linux驱动程序基石之mmap
1.mmap简介
mmap函数用于将一个文件或者其它对象映射进内存，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。
头文件：<sys/mman.h>
函数原型：
void* mmap(void* start,size_t length,int prot,int flags,int fd,off_t offset);
int munmap(void* start,size_t length);
2.mmap系统调用接口参数说明
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（1）映射函数
void *mmap(void *addr, size_t len, int prot, int flags, int fd, off_t offset);参数说明：
- addr：指定文件应被映射到进程地址空间的起始地址，通常设为NULL，由系统指定。
- len：映射到调用进程地址空间的字节数，它从被映射文件开头offset个字节开始算起。
- prot：指定共享内存的访问权限，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：映射位置在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。
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（2）解除映射
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
3.Linux内核的mmap接口
- 3.1 内核描述虚拟内存的结构体
Linux内核中使用结构体vm_area_struct来描述虚拟内存的区域，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 unsigned long vm_page_prot 此vma的访问保护属性，在内核arch\powerpc\include\asm\book3s\32\pgtable.h文件中有以pgprot_开头的函数来配置相关的属性。 unsigned long vm_pgoff 基于映射的文件头的偏移(以PAGE_SIZE为单位)
该结构体定义在<linux/mm_types.h>头文件中。
该结构体的vm_flags成员赋值的标志为：VM_IO和VM_RESERVED。
VM_IO表示对设备IO空间的映射;
M_RESERVED表示该内存区不能被换出，在设备驱动中虚拟页和物理页的关系应该是长期的，应该保留起来，不能随便被别的虚拟页换出（取消）。
从linux 3.7.0开始内核不再支持struct vm_area_struct结构体中flag标志使用值 VM_RESERVED；而是需要在类似的驱动开发中需要将VM_RESERVED改成(VM_DONTEXPAND | VM_DONTDUMP)；
- 3.2 mmap操作接口
在字符设备的文件操作集合（struct file_operations）中有mmap函数的接口。原型如下：int (*mmap) (struct file *filp, struct vm_area_struct *vma);
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内部可以完成页表的建立。
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3.3 实现mmap映射
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.实现关联操作。
mmap设备操作实例如下：static int tiny4412_mmap(struct file *filp, struct vm_area_struct *vma) { vma->vm_flags |= VM_IO;//表示对设备IO空间的映射 vma->vm_flags |= VM_RESERVED;//标志该内存区不能被换出，在设备驱动中虚拟页和物理页的关系应该是长期的，应该保留起来，不能随便被别的虚拟页换出 vma->vm_page_prot = pgprot_writecombine(vma->vm_page_prot); //修改访问保护属性 if(remap_pfn_range( vma, //虚拟内存区域，即设备地址将要映射到这里 vma->vma_start, //虚拟空间的起始地址 (phys + offset) >> PAGE_SHIFT, //与物理内存对应的页帧号，物理地址右移12位 vma->vma_end - vma->vma_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; } printk("tiny4412_mmap\n"); return 0; }其中的buf就是在内核中申请的一段空间。使用kmalloc函数实现。
代码如下：buf = (char *)kmalloc(MM_SIZE, GFP_KERNEL); //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 -
3.4 remap_pfn_range函数
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3.4.1 remap_pfn_range函数用于一次建立所有页表。函数原型如下：
int remap_pfn_range(struct vm_area_struct *vma, unsigned long addr, unsigned long pfn, unsigned long size, pgprot_t prot);其中：
- 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；
- prot：vma的访问权限（属性）。
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3.4.2 ioremap与phys_to_virt、virt_to_phys的区别：
- ioremap：是用来为IO内存建立映射的， 它为IO内存分配了虚拟地址，这样驱动程序才可以访问这块内存。
- phys_to_virt：计算出某个已知物理地址所对应的虚拟地址。
- virt_to_phys ：虚拟地址转换为物理地址
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3.5 示例代码: 驱动层
#include <linux/init.h> #include <linux/module.h> #include <linux/miscdevice.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/slab.h> //定义kmalloc接口 #include <asm/io.h> //定义virt_to_phys接口 #include <linux/mm.h> //remap_pfn_range #include <linux/vmalloc.h> #include <linux/delay.h> #define MM_SIZE 4096 static char *buf= NULL; static int tiny4412_open(struct inode *my_indoe, struct file *my_file) { buf=(char *)kmalloc(MM_SIZE,GFP_KERNEL);//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 if(buf==NULL) { printk("error!\n"); return 0; } strcpy(buf,"1234567890"); printk("open ok\n"); return 0; } static int tiny4412_release(struct inode *my_indoe, struct file *my_file) { printk("驱动层打印=%s\n",buf); kfree(buf); /*释放空间*/ printk("open release\n"); return 0; } static int tiny4412_mmap(struct file *myfile, struct vm_area_struct *vma) { vma->vm_flags |= VM_IO;//表示对设备IO空间的映射 vma->vm_flags |= VM_RESERVED;//标志该内存区不能被换出，在设备驱动中虚拟页和物理页的关系应该是长期的，应该保留起来，不能随便被别的虚拟页换出 vma->vm_page_prot = pgprot_writecombine(vma->vm_page_prot); //修改访问保护属性 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; } printk("tiny4412_mmap ok\n"); return 0; } static struct file_operations tiny4412_fops= { .open=tiny4412_open, .release=tiny4412_release, .mmap=tiny4412_mmap }; static struct miscdevice misc={ .minor=255, .name="tiny4412_mmap", // /dev/下的名称 .fops=&tiny4412_fops, }; static int __init hello_init(void) { /*1. 注册杂项字符设备*/ misc_register(&misc); printk("hello_init 驱动安装成功!\n"); return 0; } static void __exit hello_exit(void) { /*2. 注销*/ misc_deregister(&misc); printk("hello_exit驱动卸载成功!\n"); } module_init(hello_init); module_exit(hello_exit); MODULE_AUTHOR("www.wanbangee.com"); //声明驱动的作者 MODULE_DESCRIPTION("hello 模块测试"); //描述当前驱动功能 MODULE_LICENSE("GPL"); //驱动许可证。支持的协议GPL。 -
3.6 示例代码: 应用层
#include <stdio.h> #include <sys/mman.h> unsigned char *fbmem=NULL; unsigned char buff[10]; int main(int argc,char**argv) { int fd; fd=open("/dev/tiny4412_mmap",2); if(fd<0) { printf("驱动打开失败!\n"); return -1; } fbmem =(unsigned char *)mmap(NULL,4096,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,fd,0); if(fbmem==NULL) { printf("映射错误!\n"); } printf("应用层打印1=%s\n",fbmem); //打印出123456789 memcpy(fbmem,"123456789",10); //向映射空间拷贝数据 memcpy(buff,fbmem,10); //将映射空间的数据拷贝出来 printf("应用层打印2=%s\n",buff); //打印出123456789 close(fd); return 0; }