在 Linux 中从内核空间访问物理地址

Question

我正在编写一个内核模块，它需要访问内核和用户空间之外的内存区域。我知道这种内存的物理地址和大小。我尝试过使用 ioremap()，但这种函数返回的虚拟地址指向的物理地址与我作为 ioremap 的参数提供的物理地址不同。然后我尝试在 ioremap() 之后使用 phys_to_virt()，这次获得的虚拟地址指向正确的物理地址，但是当我尝试访问此类内存区域内的元素时，出现以下错误：无法处理虚拟地址 ffffff801400000f 处的内核分页请求 我哪里错了？

编辑： 代码sn-p：

#define FLAG_SIZE 1
#define BUF_SIZE 4
#define ELEM_SIZE 5

res = ioremap_nocache(MEMORY_ADDR, BUF_SIZE*ELEM_SIZE);
void *virt = phys_to_virt(MEMORY_ADDR);

        
printk(KERN_INFO "Physical address %px mapped in virtual address %px\n", virt_to_phys(virt), virt);
    
// DEBUG: print buffers content
char *flags = res + BUF_SIZE*(ELEM_SIZE-FLAG_SIZE);
for(i=0; i < BUF_SIZE; i++){
        printk(KERN_INFO "row %d [flag: %c]: %d\n", i, readb(flags + i), virt + i*ELEM_SIZE);
}

在哪里： -MEMORY_ADDR：是物理地址 -BUF_SIZE：缓冲区中的元素数 -ELEM_SIZE：元素的大小

标志缓冲区是此类内存区域末尾的字符数组

返回的完整输出为：

Physical address 1409286144 mapped in virtual address 335544320
Unable to handle kernel paging request at virtual address ffffff801400000f
Mem abort info:
  ESR = 0x96000006
  EC = 0x25: DABT (current EL), IL = 32 bits
  SET = 0, FnV = 0
  EA = 0, S1PTW = 0
Data abort info:
  ISV = 0, ISS = 0x00000006
  CM = 0, WnR = 0
swapper pgtable: 4k pages, 39-bit VAs, pgdp=00000000407c8000
[ffffff801400000f] pgd=000000004fffb003, pud=000000004fffb003, pmd=0000000000000000
Internal error: Oops: 96000006 [#1] SMP
Modules linked in: source(O)
CPU: 1 PID: 107 Comm: ifconfig Tainted: G           O      5.4.88 #1
Hardware name: linux,dummy-virt (DT)
pstate: 20000005 (nzCv daif -PAN -UAO)
pc : getFlag+0x24/0x40 [source]
lr : shmem_net_open+0x168/0x2c0 [source]
sp : ffffffc010b4b9d0
x29: ffffffc010b4b9d0 x28: 0000000000001043 
x27: ffffff800e2b4c00 x26: ffffffc01077c000 
x25: 0000000000000005 x24: ffffffc008661158 
x23: 0000000000000004 x22: 0000000000000000 
x21: ffffff800e24e200 x20: ffffff800e255000 
x19: ffffff800e255858 x18: 0000000000020000 
x17: 000000004a0b804e x16: 0000000031b76cb0 
x15: ffffffc010859c40 x14: 0720072007200720 
x13: 0720073007320733 x12: 0734073407350735 
x11: 0733073307200773 x10: 0773076507720764 
x9 : 076407610720076c x8 : 000000000000006f 
x7 : 076907760720076e x6 : 0000000000000001 
x5 : ffffff800e255840 x4 : 0000000000000005 
x3 : 0000008040000000 x2 : 0000000000000000 
x1 : 000000000000000f x0 : ffffff801400000f 
Call trace:
 getFlag+0x24/0x40 [source]
 __dev_open+0xe4/0x160
 __dev_change_flags+0x160/0x1c0
 dev_change_flags+0x20/0x60
 devinet_ioctl+0x63c/0x700
 inet_ioctl+0x2f4/0x360
 sock_do_ioctl+0x44/0x2b0
 sock_ioctl+0x1c8/0x510
 do_vfs_ioctl+0x984/0xb70
 ksys_ioctl+0x44/0x90
 __arm64_sys_ioctl+0x1c/0xc0
 el0_svc_common.constprop.0+0x68/0x160
 el0_svc_handler+0x6c/0x90
 el0_svc+0x8/0x1fc
Code: 1b047c21 8b21c041 8b010000 cb030000 (39400000) 
---[ end trace 5a219c0b95978c47 ]---
Segmentation fault

使用的处理器是 Armv8 cortex 53

编辑 2：更正了之前的代码 sn-ps，现在没有内核崩溃，但是输出不正确：

[SHMEM_NET] Physical address 0000000054000000 mapped in virtual address ffffffc01000d000
row 0 [flag: ]: 268488704
row 1 [flag: E]: 268488707
row 2 [flag: E]: 268488710
row 3 [flag: E]: 268488713
row 4 [flag: E]: 268488716

问题是我应该在第 0 行找到第一个“E”，而第 4 行应该在映射区域之外。此外，如果我现在修改这样的内存区域，本机可以看到修改，但是访问相同内存区域的其他机器仍然看到旧值。

Answer 1

ioremap和phys_to_virt返回的虚拟地址不一样。

ioremap：新建映射页表

phys_to_virt：从地址中减去一个固定的偏移量。检查 MMU 的 phy_offset。

如何测试？

void* addr1 = phys_to_virt(MEMORY_ADDR);
void* addr2 = ioremap_nocache(MEMORY_ADDR, BUF_SIZE*ELEM_SIZE);

printk(KERN_INFO "virt_addr1: %x\n", (unsigned int volatile *) addr1);
printk(KERN_INFO "virt_addr2: %x\n", (unsigned int volatile *) addr2);

你会看到 addr1 和 addr2 是不同的。我认为你不需要使用phys_to_virt。

简单使用：

void* virt_addr = ioremap_nocache(MEMORY_ADDR, BUF_SIZE*ELEM_SIZE);