Linux中如何从用户空间访问物理地址？

Question

在运行 Linux 的基于 ARM 的系统上，我有一个设备，其内存映射到物理地址。从所有地址都是虚拟的用户空间程序中，我如何从该地址读取内容？

Answer 1

busybox devmem

busybox devmem

是一个小型 CLI 实用程序，可映射

/dev/mem

。

您可以在 Ubuntu 中通过以下方式获取它：

sudo apt-get install busybox

用法：从物理地址读取4个字节

0x12345678

：

sudo busybox devmem 0x12345678

将

0x9abcdef0

写入该地址：

sudo busybox devmem 0x12345678 w 0x9abcdef0

来源：https://github.com/mirror/busybox/blob/1_27_2/miscutils/devmem.c#L85

mmap

MAP_SHARED

映射

/dev/mem

时，您可能想要使用：

open("/dev/mem", O_RDWR | O_SYNC);
mmap(..., PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_SHARED, ...)

MAP_SHARED

使写入立即进入物理内存，这使得更容易观察，并且对于硬件寄存器写入更有意义。

CONFIG_STRICT_DEVMEM

和
nopat

要使用

/dev/mem

查看和修改内核 v4.9 上的常规 RAM，您必须首先：

禁用
```
CONFIG_STRICT_DEVMEM
```
（Ubuntu 17.04 上默认设置）
传递 x86 的
```
nopat
```
内核命令行选项

没有这些，IO 端口仍然可以工作。

另请参阅：/dev/mem 的 mmap 失败，virt_to_phys 地址参数无效，但地址是页对齐的

缓存刷新

如果您尝试写入 RAM 而不是寄存器，则内存可能会被 CPU 缓存：How to刷新 Linux 中地址空间区域的 CPU 缓存？我没有看到一个非常便携/简单的方法刷新它或将该区域标记为不可缓存的方法：

那么也许

/dev/mem

无法可靠地将内存缓冲区传递给设备？

不幸的是，这在 QEMU 中无法观察到，因为 QEMU 不模拟缓存。

如何测试

现在是有趣的部分。这里有一些很酷的设置：

用户态内存
- 在用户态进程上分配
```
volatile
```
  变量
- 使用
```
/proc/<pid>/maps
```
  +
```
/proc/<pid>/pagemap
```
- 用
```
devmem
```
  修改物理地址处的值，并观察用户态进程的反应
内核内存
- 使用
```
kmalloc
```
- 使用
```
virt_to_phys
```
  获取物理地址并将其传回用户态
- 修改物理地址
```
devmem
```
- 从内核模块查询值
IO mem 和 QEMU 虚拟平台设备
- 创建具有已知物理寄存器地址的平台设备
- 使用
```
devmem
```
  写入寄存器
- 观看
```
printf
```
  从虚拟设备中发出响应

奖励：确定虚拟地址的物理地址

Linux中有没有可以从虚拟地址确定物理地址的API？

Answer 2

您可以使用

mmap(2)

系统调用将设备文件映射到用户进程内存。通常，设备文件是物理内存到文件系统的映射。否则，您必须编写一个内核模块来创建此类文件或提供一种将所需内存映射到用户进程的方法。

另一种方法是将

/dev/mem

的部分内容重新映射到用户内存。

编辑：映射示例

/dev/mem

（该程序必须有权访问

/dev/mem

，例如拥有 root 权限）：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/mman.h>
#include <unistd.h>

int main(int argc, char *argv[]) {
    if (argc < 3) {
        printf("Usage: %s <phys_addr> <offset>\n", argv[0]);
        return 0;
    }

    off_t offset = strtoul(argv[1], NULL, 0);
    size_t len = strtoul(argv[2], NULL, 0);

    // Truncate offset to a multiple of the page size, or mmap will fail.
    size_t pagesize = sysconf(_SC_PAGE_SIZE);
    off_t page_base = (offset / pagesize) * pagesize;
    off_t page_offset = offset - page_base;

    int fd = open("/dev/mem", O_SYNC);
    unsigned char *mem = mmap(NULL, page_offset + len, PROT_READ | PROT_WRITE, MAP_PRIVATE, fd, page_base);
    if (mem == MAP_FAILED) {
        perror("Can't map memory");
        return -1;
    }

    size_t i;
    for (i = 0; i < len; ++i)
        printf("%02x ", (int)mem[page_offset + i]);

    return 0;
}

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