内存映射IO上的写操作导致分段错误

Question

我通过将UART的物理基地址映射到用户空间来访问它。读操作成功，但写操作会导致分段错误。以下是我的代码：

#define     READ_REG32(reg)     ( *((volatile int *) (reg)) )
#define     WRITE_REG32(reg,value)     ( *((volatile int *) (reg)) = value )

static int Write_on_uart()  
{  
    void * map_base;  
    FILE *f;  
    int type,fd;  

    fd = open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC);  
    if (fd) {  
        printf("Success to open /dev/mem fd=%08x\n", fd);  
    }  
    else {  
        printf("Fail to open /dev/mem fd=%08x\n", fd);    
    }  
    map_base = mmap(0, ALLOC_SIZE, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, fd, 0x21E8000);

    type = READ_REG32(map_base + UCR1);
    printf("READ_REG32 successful\n");


    printf("Going to WRITE_REG32 register\n");

    WRITE_REG32(map_base + UTXD,'R'); ///Got segementation fault
    printf("WRITE_REG32 successful\n");

    close(fd);  
    munmap(map_base, ALLOC_SIZE);  

    printf("reg32[%08x] = value[%08x] \n", map_base, type);  

    type = (type & ( 1 << 27 )) >> 27 ;  

    printf("reg32[%08x] = value[%08x] \n", map_base, type);  

    return type;  
}  

以下是段错误：

, *pte=00000000, *ppte=00000000
[   50.354260] CPU: 0 PID: 401 Comm: raw_uart_access Not tainted 4.9.84-+gb2a7f2f #4
[   50.381000] Hardware name: Freescale i.MX6 UltraLite (Device Tree)
[   50.397017] task: 9229d140 task.stack: 9271a000
[   50.411233] PC is at 0x1057c
[   50.423459] LR is at 0x10574
[   50.435355] pc : [<0001057c>]    lr : [<00010574>]    psr: 200d0010
[   50.435355] sp : 7e8b4c80  ip : 00000000  fp : 7e8b4c9c
[   50.464647] r10: 76f61fac  r9 : 00000000  r8 : 00000000
[   50.478608] r7 : 00000000  r6 : 00010408  r5 : 00000000  r4 : 00010634
[   50.493738] r3 : ffffffff  r2 : 00000010  r1 : 76f60210  r0 : ffffffff
[   50.508645] Flags: nzCv  IRQs on  FIQs on  Mode USER_32  ISA ARM  Segment user
[   50.532259] Control: 10c5387d  Table: 9297806a  DAC: 00000055
[   50.546485] CPU: 0 PID: 401 Comm: raw_uart_access Not tainted 4.9.84-+gb2a7f2f #4
[   50.570395] Hardware name: Freescale i.MX6 UltraLite (Device Tree)
[   50.585015] Backtrace: 
[   50.595863] [<8010bd3c>] (dump_backtrace) from [<8010c014>] (show_stack+0x18/0x1c)
[   50.620055]  r7:00000017 r6:600d0113 r5:00000000 r4:80c1c9f0
[   50.634156] [<8010bffc>] (show_stack) from [<8042ed84>] (dump_stack+0x90/0xa4)
[   50.657979] [<8042ecf4>] (dump_stack) from [<80108a98>] (show_regs+0x14/0x18)
[   50.673778]  r7:00000017 r6:0000007f r5:0000000b r4:9229d140
[   50.688016] [<80108a84>] (show_regs) from [<801147e0>] (__do_user_fault+0xc4/0xc8)
[   50.712379] [<8011471c>] (__do_user_fault) from [<801149f0>] (do_page_fault+0x20c/0x3a4)
[   50.737755]  r8:0000007f r7:00000017 r6:9267dc40 r5:9229d140 r4:9271bfb0
[   50.753746] [<801147e4>] (do_page_fault) from [<8010134c>] (do_DataAbort+0x44/0xc0)
[   50.779830]  r10:76f61fac r9:00000000 r8:9271bfb0 r7:0000007f r6:801147e4 r5:00000017
[   50.806897]  r4:80c09db4
[   50.819029] [<80101308>] (do_DataAbort) from [<8010cee0>] (__dabt_usr+0x40/0x60)
[   50.845699] Exception stack(0x9271bfb0 to 0x9271bff8)
[   50.860521] bfa0:                                     ffffffff 76f60210 00000010 ffffffff
[   50.887867] bfc0: 00010634 00000000 00010408 00000000 00000000 00000000 76f61fac 7e8b4c9c
[   50.915238] bfe0: 00000000 7e8b4c80 00010574 0001057c 200d0010 ffffffff
[   50.931721]  r8:10c5387d r7:10c5387d r6:ffffffff r5:200d0010 r4:0001057c

有人能给我提示吗？

- Rahul R Dhobi

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尝试检查 mmap 函数的返回值是否为 MAP_FAILED，也许它并不是内存映射的一部分？ - undefined

@NickS：我可以使用相同的mmap地址进行读取。 - undefined

首先，如果你打印出从UCR1读取的值，会对你有所帮助。看看这个值是否合理。另外，如果你打印出ALLOC_SIZE、UCR1和UTXD的值，也会有所帮助，因为它们在任何地方都没有显示出来。你确定它们在mmap的内存块中吗？还有一件要检查的事情是使用void *指针进行算术运算。这是未定义的行为，而且与编译器有关。在GCC中应该可以工作，但一般来说，为了安全起见，我会避免这样做。 - undefined

ن½ ه؟کè®°هœ¨mmapن¹‹هگژو·»هٹ if (map_base == MMAP_FAILED) perror("mmap map_base");ن؛†م€‚ - undefined

我不认为这样做（通过映射物理基地址访问UART）是正确的方式。UART通常由内核代码处理。你可能有一些/dev/来处理它（可能类似于/dev/tty5），或者你需要编写一些内核模块来获取它（可能需要使用nop来暂停微小延迟）。然后你将在用户空间使用ioctl。 - undefined

Answer 1

你可能想要看一下'uio'，它是一个在Linux中帮助实现用户模式驱动程序的框架。除了通常需要与中断同步的关注点外，它还允许平台代码确保映射的页表项中设置了正确的访问位。

一些体系结构（如x86）会保留一个物理地址范围到属性的关联数组，以确保总线上始终正确实现“设备模式”等功能。ARMv7并没有这样做，程序员有责任确保使用了正确的总线协议。我怀疑/dev/mem的mmap不会这样做。结果就是你的写操作可能被作为设备寄存器无法支持的总线操作发布。

像PAT这样的“有用”功能是X86不能用于好东西的原因之一；然而，对于ARM来说，代价由程序员承担。

此外，*(volatile int *)x几乎没有意义，虽然标准使其如此，但有时可能会起作用。

- mevets