面试题：C语言内存映射技术下的设备驱动模拟

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

#define DEVICE_MEM_SIZE 4096 // 假设设备内存大小为4096字节
#define CONTROL_REG_OFFSET 0 // 控制寄存器偏移
#define DATA_BUFFER_OFFSET 1024 // 数据缓冲区偏移
#define DATA_BUFFER_SIZE 1024 // 数据缓冲区大小

// 模拟设备内存结构
typedef struct {
    volatile unsigned int control_reg;
    char data_buffer[DATA_BUFFER_SIZE];
} DeviceMemory;

// 初始化设备
void init_device(DeviceMemory *device) {
    device->control_reg = 0x00; // 设置控制寄存器初始值
}

// 从数据缓冲区读取数据
void read_data(DeviceMemory *device, char *buffer, size_t length) {
    if (length > DATA_BUFFER_SIZE) {
        printf("Read length exceeds buffer size\n");
        return;
    }
    memcpy(buffer, device->data_buffer, length);
}

// 向数据缓冲区写入数据
void write_data(DeviceMemory *device, const char *buffer, size_t length) {
    if (length > DATA_BUFFER_SIZE) {
        printf("Write length exceeds buffer size\n");
        return;
    }
    memcpy(device->data_buffer, buffer, length);
}

int main() {
    int fd;
    DeviceMemory *device_memory;

    // 打开 /dev/mem 设备文件，该文件提供对物理内存的直接访问
    fd = open("/dev/mem", O_RDWR);
    if (fd == -1) {
        perror("open /dev/mem");
        return 1;
    }

    // 将设备内存映射到用户空间
    device_memory = (DeviceMemory *)mmap(
        NULL, 
        DEVICE_MEM_SIZE, 
        PROT_READ | PROT_WRITE, 
        MAP_SHARED, 
        fd, 
        0x10000000 // 假设设备物理地址为0x10000000，需根据实际情况调整
    );

    if (device_memory == MAP_FAILED) {
        perror("mmap");
        close(fd);
        return 1;
    }

    // 初始化设备
    init_device(device_memory);

    // 测试写入数据
    char write_buf[] = "Hello, Device!";
    write_data(device_memory, write_buf, strlen(write_buf));

    // 测试读取数据
    char read_buf[DATA_BUFFER_SIZE];
    read_data(device_memory, read_buf, strlen(write_buf));
    printf("Read data: %s\n", read_buf);

    // 解除内存映射
    if (munmap(device_memory, DEVICE_MEM_SIZE) == -1) {
        perror("munmap");
    }
    close(fd);

    return 0;
}

说明

设备内存结构定义：定义了一个结构体 DeviceMemory 来模拟设备内存，包含控制寄存器和数据缓冲区。
初始化设备函数：init_device 函数设置控制寄存器的初始值。
数据读写函数：read_data 和 write_data 函数分别实现从数据缓冲区读取数据和向数据缓冲区写入数据，并处理了可能的长度越界问题。
内存映射与使用：在 main 函数中，通过 open 打开 /dev/mem 设备文件，使用 mmap 将设备内存映射到用户空间，然后调用初始化和数据读写函数进行操作，最后通过 munmap 解除内存映射并关闭文件。

实际应用中，设备的物理地址和内存大小等需要根据具体硬件情况进行调整。同时，访问 /dev/mem 可能需要超级用户权限。对于不同操作系统，内存映射的细节和设备文件可能有所不同。

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面试题：C语言内存映射技术下的设备驱动模拟

知识考点

面试题答案

说明