只读内存块设备 - 嵌入式系统课

概述

在本章节中，我们将学习如何将一段内核内存（例如一个静态数组）包装成一个只读的块设备。这种技术在某些嵌入式系统或特殊场景下非常有用，比如提供预定义的数据作为块设备供用户空间访问。

目标

理解Linux块设备驱动的基本概念
学习如何注册一个只读的块设备
掌握如何使用静态数组作为块设备的存储后端
实现一个简单的只读内存块设备驱动

关键概念

概念	描述
块设备	以固定大小的块为单位进行数据读写的设备，如硬盘、SSD等。
只读设备	设备仅支持读取操作，不支持写入操作。
内存块设备	使用内存作为存储介质的块设备，通常用于临时存储或特殊用途。
静态数组	在编译时分配固定大小的数组，内容在运行时不可变。

实现步骤

定义块设备操作函数集，实现必要的操作（如readonly_read）。
初始化一个静态数组作为块设备的存储后端。
注册块设备，指定设备名称、主设备号等参数。
实现模块的初始化和退出函数。

代码示例

#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/genhd.h>
#include <linux/blkdev.h>

#define RAMDISK_SIZE (1024 * 1024)  // 1MB
static u8 ramdisk_data[RAMDISK_SIZE];

static struct gendisk *ramdisk_disk;
static struct request_queue *ramdisk_queue;

static void ramdisk_make_request(struct request_queue *q, struct bio *bio)
{
    struct bio_vec bvec;
    struct bvec_iter iter;
    sector_t sector = bio->bi_iter.bi_sector;
    char *buffer;
    int i;

    bio_for_each_segment(bvec, bio, iter) {
        buffer = kmap_atomic(bvec.bv_page) + bvec.bv_offset;
        for (i = 0; i < bvec.bv_len; i++) {
            if (bio_data_dir(bio) == READ) {
                buffer[i] = ramdisk_data[sector * 512 + i];
            } else {
                // 只读设备，忽略写入操作
            }
        }
        kunmap_atomic(buffer);
    }
    bio_endio(bio, 0);
}

static int __init ramdisk_init(void)
{
    ramdisk_queue = blk_alloc_queue(GFP_KERNEL);
    if (!ramdisk_queue)
        return -ENOMEM;

    blk_queue_make_request(ramdisk_queue, ramdisk_make_request);
    ramdisk_disk = alloc_disk(1);
    if (!ramdisk_disk) {
        blk_cleanup_queue(ramdisk_queue);
        return -ENOMEM;
    }

    strcpy(ramdisk_disk->disk_name, "ramdisk");
    ramdisk_disk->major = register_blkdev(0, "ramdisk");
    if (ramdisk_disk->major < 0) {
        put_disk(ramdisk_disk);
        blk_cleanup_queue(ramdisk_queue);
        return ramdisk_disk->major;
    }

    ramdisk_disk->first_minor = 0;
    ramdisk_disk->fops = &ramdisk_ops;
    ramdisk_disk->queue = ramdisk_queue;
    set_capacity(ramdisk_disk, RAMDISK_SIZE / 512);
    add_disk(ramdisk_disk);

    return 0;
}

static void __exit ramdisk_exit(void)
{
    unregister_blkdev(ramdisk_disk->major, "ramdisk");
    del_gendisk(ramdisk_disk);
    put_disk(ramdisk_disk);
    blk_cleanup_queue(ramdisk_queue);
}

module_init(ramdisk_init);
module_exit(ramdisk_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Your Name");
MODULE_DESCRIPTION("A simple read-only RAM disk driver");

注意事项

注意：本示例中的驱动是只读的，任何写入操作都会被忽略。在实际应用中，可能需要根据需求调整设备的大小和功能。

总结

通过本章节的学习，我们了解了如何将一段内核内存（如静态数组）包装成一个只读的块设备。这种技术在某些特定场景下非常有用，例如提供预定义的数据或配置作为块设备供用户空间访问。希望这个示例能够帮助你更好地理解Linux块设备驱动的实现原理。