或许雍正皇帝永远也想不到，在西历2022年的少男少女眼中，他会有截然不同的两种形象。1根据我对身边同学朋友的观察，大部分男生都喜欢看《雍正王朝》。在他们眼里，雍正很可能是实行“消火还公”、“分钱入亩”等政策遏制贪污减税的人。著名的改革家是一个惊心动魄、腹黑的政治家，经历了九子夺位。他是一个工作狂，登基后依然努力工作，熬夜加班996。大部分女生都喜欢看《甄嬛传》。在他们眼里，雍正就是一个“大胖橘子”、“大猪蹄”。最后是被牛玉禄和甄嬛气死的负心汉。甄嬛传我没看完，不过有幸和家人一起在吃饭的时候看了几集。正所谓后宫佳丽三千，铁杵磨成绣花针……又用了一些奇招，其中出现的次数比较多。根据我的总结，这个技巧的核心思想是：使用者既然无法得到正确的拥有者，只能拿自己身边的布片等物品模仿小人，将主人的经脉画在身上它，写上名字，施展某种魔法，然后用针刺入手边小人的某个穴位，远处的主人相应部位也会受到同样的折磨。虽然有点神奇，但却让人羡慕，高不可攀。不过在linux内核的开发中，可以利用mmap机制来实现类似的效果。2mmap的核心思想是：由于用户在用户态不能直接操作寄存器的物理地址，所以采用mmap的方式进行内存映射，在用户态将物理地址映射到虚拟地址，然后用户就可以读写手边的虚拟地址，实现对物理地址的读写。两者的共同点是，由于不能直接操作目标，所以通过一定的方法在可以操作的东西和目标之间建立映射关系，从而实现打哪里打哪里，哪个痛.只要能够建立到目标的映射，我们自然会有很大的想象空间。所以mmap有很多用途，有人用它来实现进程间通信。有些人用它来移动数据。对于我们嵌入式工程师来说，可以用它来点灯。哎，想不出来了！让我慢慢告诉你。3作为一名嵌入式工程师，花哨的灯光是必不可少的技能。无论是写裸机代码来操作GPIO口，还是通过物联网云端远程控制LED，从硬件角度来说，核心原理都是找到连接LED的GPIO口，让它输出电信号。从软件的角度来看，最终的目的是找到GPIO口对应的寄存器地址，让CPU根据实际电路要求写入一个1或者0。在裸机上开发时，我们可以直接找到物理地址进行操作。但在Linux系统中略有不同。因为操作系统中有内核空间，我们写的程序都是运行在用户态，硬件需要内核驱动，不能直接操作物理地址。当然你也可以选择为这个LED写一个驱动，从而在用户空间通过读写来操作它的状态。但是，有的同学听说要写司机，就想唱一首蜀道难的诗来表达自己的犹豫。所以一直不懂驱动的同学也可以选择使用更直接的方式：mmap。就好像可以选择给妃子下药来控制她，只是这种方法需要熟练掌握药理和时机，成本高，难度大。只要能达到目的，有时候绑个小人或许更省钱。在上一家公司的时候，用ARMCortex-A9芯片做一个项目。开发过程大概是先和硬件同事约定一个协议，然后我通过GPIO口的输入输出模拟这个协议，通过它读取寄存器。编写配置，驱动硬件ADC进行采样，然后将采集到的数据通过DMA传输，最后到应用层进行分析处理。驱动GPIO口的部分使用了mmap。项目很大，搞了半年多。完全解释它不太现实，但我们可以从驱动GPIO口入手，体验一下软件驱动硬件的神秘过程。如果你很聪明，你可以举一反三。4作为一个软件工程师，当你拿到板子的时候，硬件工程师通常会给你一个文档，像这样：这个文档会说明如果你要操作这个GPIO端口，需要使用GPIO外设的基地址加上偏移地址移位找到对应的寄存器地址，然后使用位操作将命令写入指定位。但是，由于我对FPGA了解很多，所以我在我们公司构建了FPGA的框图。搭建好FPGA硬件工程后，做一个综合，从AddressMap中可以看到我要使用的GPIO端口地址。如图：不管怎样，你现在有了所谓的硬件寄存器地址，然后我们就可以和小人绑在一起了。上图中我拿到的0x43C00000就是一个例子。这是寄存器的地址。能不能在应用程序中直接把0x43C00000赋给一个指针，然后读写呢？玩裸机时确实如此。但是上面说了，linux系统是有虚拟内存的，所以你不能这么做。因为理论上我可以在系统中开启100个进程，而这100个进程的地址都是0x43C00000，那么这100个地址中哪个才是真正的寄存器地址呢？可能两者都不是。因为进程中的0x43C00000是虚拟的，没有人知道它实际对应的物理地址在哪里。要将虚拟地址映射到物理地址，必须使用mmap进行内存映射。5mmap的函数接口定义如下：voidmmap(voidaddr,size_tlength,intprot,intflags,intfd,off_toffset);有很多参数。其中addr一般指定为NULL，prot用于设置映射区域的权限，如是否可读可写；flags用于指定是共享映射还是私有映射；而fd、offset、length三个参数表示fd对应的文件，从offset位置开始，将length长度的内容映射到进程的地址空间。需要注意的是，mmap的运行单位是页，即最后一次映射的offset参数必须是内存页大小的整数倍，Linux系统内存页大小一般为4096字节。我程序中的示例调用：#defineAXI_GPIO_BASEADDR0x43C00000intmemfd=open("/dev/mem",O_RDWR|O_SYNC);if(-1==memfd){printf("无法打开/dev/mem\n");返回-1；}unsignedint*led_gpio=(unsignedint*)(mmap(NULL,MMAP_SIZE,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,memfd,AXI_GPIO_BASEADDR));调用mmap后，我们得到一个指针，通过这个指针对指向的地址做任何操作，对应的寄存器物理地址也会有同样的效果。于是我们循环给它赋值0101，对应寄存器控制的GPIO口输出电信号，于是板上的灯就成功闪了，类似于奥特曼筋疲力尽时的能量灯。6多说几句，mmap除了操作GPIO/字符设备，还有操作块设备的常用场景。它与传统使用read和write的区别在于，最重要的是保存一份。比如要读取磁盘上某个文件的数据，如果使用readwrite，因为涉及到系统调用，进程不能直接访问内核，所以在read系统调用返回之前，内核需要将数据从内核复制到缓冲区中指定的进程。但是如果你使用mmap，那么这块数据会先被复制到内存中作为页面缓存（即pagecache）。使用mmap将这段内存映射到用户空间，那么进程可以直接通过指针读写pagecache，不需要冗余的系统调用和内存拷贝。但是，虽然少了一份，mmap还是会触发页面错误（pagefault），比内存复制的代价更大。所以在性能上，mmap在大多数情况下并不比read/write好。说到页面缓存，我在之前的公司做项目的时候，也被脏页延迟坑过。限于篇幅，pagecache涉及缺页中断、脏页、延迟回写、sync强制回写等，下次再详细说。7好了，我们就学会了用mmap点灯了。想象下一个场景：你对公司研发部最漂亮的女同事说，“嗨，领导给我们安排了一个新任务，你能写一个驱动来控制LED吗？”“嗯？司机太难了，我做不到。”“哦，没关系，那你就用mmap吧。”“喂，你骂什么！”
