system call for arm platform (2)

from
[1]
http://opencsl.openfoundry.org/Lab06_interrupt_exception.rst.html
[2]
http://blog.csdn.net/wavemcu/article/details/8577058 
[3]
http://blog.xuite.net/ian11832/blogg/29210698-%E5%9C%A8+linux+%E4%B8%AD%E6%96%B0%E5%A2%9E%E8%87%AA%E5%B7%B1%E7%9A%84system+call+%28%E5%AF%A6%E5%81%9A%E5%9C%A8ARM+%E5%B9%B3%E5%8F%B0%E4%B8%8A%29
[4]
http://blog.csdn.net/adaptiver/article/details/7175165

3.1 system call 的撰寫方法

要新增 system call 除了撰寫程式本身之外，還需要向 Linux 註冊讓 kernel 知道它的存在 ，這樣 user program 才能夠透過 kernel 呼叫 system call。
註冊 system call 的步驟如下：

1. 註冊 system call 的名字
2. 定義新 system call 的代碼
3. 調整 Makefile ，使 systam call 被包含在 kernel 中
4. 增加 system call 的 header file ，讓 user program 能夠 include

另外在撰寫 system call 程式方面，因為程式是在 kernel space 執行， user program 和 system call 所使用的記憶體位置是無法直接互通的，所使用的函式也和一般的 user program 不同，使用上也必須特別小心，像是

• 使用 printk 而不是 print
• 使用 kmalloc、kfree 而不是 malloc、free

3.2 加入自己的 system call

在本節中，我們將透過 3.1 所敘述的步驟自己在系統中新增一個 system call ，這個 system call 將會顯示開機後它總共被呼叫了幾次。

1. 撰寫 system call 的程式
   system call 的程式是放在 <linux>/arch/arm/kernel 中，檔名即為 system call 的名字。
   用編輯器打開 mysyscall.c 後，將以下內容複製進去：
   

   #include <linux/linkage.h>   // asmlinkage
   #include <linux/kernel.h>   // linux/printk.h
   #include <linux/types.h>   // atomic_t
   #include <linux/atomic.h>   // atomic_inc()
    
   asmlinkage void sys_mysyscall(void)
   {
      static atomic_t count = ATOMIC_INIT(0);
   
      atomic_inc(&count);
      printk("mysyscall has been called for %d time(s)\n", count);
   }
   

header檔linux/kernel.h引用linux/printk.h中包含了printk的log層級：

#define KERN_EMERG    "<0>"    /* system is unusable */
#define KERN_ALERT    "<1>"    /* action must be taken immediately */
#define KERN_CRIT     "<2>"    /* critical conditions */
#define KERN_ERR      "<3>"    /* error conditions */
#define KERN_WARNING  "<4>"    /* warning conditions */
#define KERN_NOTICE   "<5>"    /* normal but significant */
#define KERN_INFO     "<6>"    /* informational */
#define KERN_DEBUG    "<7>"    /* debug-level messages */

所以 printk() 可以這樣用：printk(KERN_INFO "Hello, world!\n");。
log層級太低訊息只會顯示在dmesg指令執行時，在commandline不會顯示任何訊息

2. 註冊 system call 的名字
   <linux>/arch/arm/kernel/call.S 定義了系統中 system call 的名字，我們要將新的 system call 紀錄在這個檔案中。請用編輯器打開 call.S 之後，找到目前的最後一個 system call，
   

   CALL(sys_get_mempolicy)
   CALL(sys_set_mempolicy)
   

   然後在後面加上
   

   CALL(sys_mysyscall)
   

   再存檔即可。
   
3. 定義新 system call 的代碼
   <linux>/include/asm-arm/unistd.h 定義了系統中 system call 的代碼，我們也需要在這裡定義新的 system call 代碼。請用編輯器打開 unistd.h 後，找到目前的最後一個 system call（大約在350行），
   

   #define __NR_get_mempolicy              (__NR_SYSCALL_BASE+320)
   #define __NR_set_mempolicy              (__NR_SYSCALL_BASE+321)
   

   然後在後面加上
   

   #define __NR_mysyscall                  (__NR_SYSCALL_BASE+322)
   

4. 調整 Makefile ，使 systam call 被包含在 kernel 中
   <linux>/arch/arm/kernel/Makefile 是該目錄的 makefile ，我們要將 mysyscall.c 加入編譯的範圍內。在檔案一開頭可以找到需要編譯的 object file 列表，
   

   obj-y := compat.o entry-armv.o .....
   

在此行的後面加上 mysyscall.o 即可。

5. 增加 system call 的 header file ，讓 user program 能夠 include
   接著，我們要將 mysyscall 的 header 加入 linux 的 header 目錄中，它的位置是 <linux>/include/linux ，在該目錄裡新增 mysyscall.h 的檔案，並填入以下內容：
   

   #include <linux/unistd.h>
   
   #define __NR_mysyscall         (__NR_SYSCALL_BASE+322)
   #define mysyscall(void)        syscall(__NR_mysyscall);
   

   再存檔即可。
   
6. 重新編譯 kernel
   最後，回到 <linux> 並鍵入
   

   make CROSS_COMPILE=arm-linux-uclibc- ARCH=arm
   

   重新編譯 kernel 後，就會產生新的 kernel image 了。
   

3.3 用 QEMU 測試

為了測試 system call 是否有成功加到 kernel 中，我們可以先用 QEMU 載入新的 kernel image ，並另外寫一個 user program 來呼叫 mysyscall 。

1. 撰寫 user program
   若要呼叫 mysyscall ，要在程式中 include linux/mysyscall.h 。以下為使用 mysyscall 的範例：
   

   #include "linux/mysyscall.h"
   
   int main(){
   
      mysyscall();
   
      return 0;
   }
   

2. 編譯程式

在寫好程式之後，我們可以用之前做好的 cross-compiler 來編譯程式，不過要注意的一點是，因為程式的內容牽涉到 kernel 的資訊（ system call 是包含在 kernel 中的 ），因此我們也需要加入 kernel 的 include 檔。
假設要編譯的程式檔名為 test.c ，而要生成的執行檔為 test.out ，則在終端機下鍵入：

arm-linux-uclibc-gcc -I<linux>/include/ -static test.c -o test.out

即可。