一、Linux内核驱动的访问

1.内核空间实现

要促使用户空间的应用程序才能访问内核驱动模块，这么只能通过/dev目录下的设备节点进行访问。

通过module_init(dev_init);申明，将staticint__initdev_init(void)函数作为此设备驱动的入口初始化函数，其完成（1）初始化字符设备cdev；（2）申请设备号，在这儿提供了两种申请的方法（静态申请和动态申请）；（3）将字符设备mdev和设备号devno进行注册。注意：在这儿并没有创建设备文件。

字符设备mdev通用的可以进行静态申请和动态申请，在本程序Demo中使用了静态申请的方法，即直接定义全局变量structcdevmdev;。设备号通用也是通过全局变量devno储存，即为staticunsignedintdevno=0;。申请设备号的同时，也要为用户空间/dev目录下的设备节点进行命名，设备节点名为"dev_module"。

同样的，当设备驱动模块别卸载时，staticvoid__exitdev_exit(void)函数作为出口。

通过module_exit(dev_exit);申明，将staticvoid__exitdev_exit(void)函数作为设备驱动模块卸载后的出口函数。其完成两个功能，将所申请到是字符设备mdev删掉，而且释放申请到的设备号devno。

在进行字符设备的注册时，使用的cdev_init函数其原型为：

从上图函数原型可知，须要传递参数有：字符设备cdev结构和所须要实现操作的方式函数集fops。在代码中字符设备结构为mdev，技巧函数集为dev_fops，定义如下：

如上图可知，成员owner的取值表示本设备模块所拥有。其他成员分别为dev_open实现打开设备，dev_read实现读取设备数据，dev_write实现写数据，dev_close实现关掉设备。她们分别对应staticstructfile_operations结构的相同属性成员技巧。具体方式实现如下：

如上图所示，由于目前并未明晰的操作硬件设备，所以只是实现了相应方式的框架，之后通过复印的方法将调试信息输出进行调试。

当在用户空间的用户程序中调用open函数打开设备节点/dev/dev_module时，将会在内核空间中调用dev_open函数。当在用户空间中使用read函数操作/dev/dev_module设备节点文件时，同样的在内核空间中会调用dev_read函数执行操作。在staticssize_tdev_read(structfile*file,char__user*buf,size_tcount,loff_t*offset)函数中实现了当用户空间使用read函数访问时，将一个整型数据值1234传递回用户空间。数据传递的方式使用copy_to_user函数进行拷贝（从内核空间拷贝数据到用户空间）。

如上图所示，实现了设备驱动的写操作和关掉操作。当在用户空间中调用write函数操作/dev/dev_module设备文件时linux命令行，这么对应的在内核空间执行dev_write函数调用。dev_write函数实现了将用户空间写入的时间读取下来，之后进行复印。当在用户空间调用close函数通用的将会在内核空间调用执行dev_close函数，进行关掉设备。

驱动程序完成后，通过编译生成文件access_driver.ko驱动文件。将其拷贝到板卡的根文件系统中，通过命令insmodaccess_driver.ko加载驱动模块。

由于在程序中只为字符设备mdev申请了设备号，并为其创建设备节点，所以须要自动的进行创建设备节点（手动创建设备文件节点将在下一节中使用）。

（1）查询设备驱动模块和设备号

命令：cat/proc/devices

如上图信息可知，设备名为dev_module的主设备号为254，由于只有一个设备，所以次设备号为0。

（2）自动创建设备文件节点

命令：mknod/dev/dev_modulec2540

命令节点字符设备主设备号次设备号

创建成功后就可以在/dev目录下查询到设备文件节点了。

至此，设备节点创建成功，可以运行应用程序来操作设备驱动模块了。在此不讨论手动创建设备文件节点的话题。

2.用户空间实现

用户空间代码十分简单，首先是调用C库函数open打开设备文件节点/dev/dev_module，之后读取设备的数据，对照设备驱动代码，读取正确的数据应当是整型之1234，并将其复印下来。之后再将整型值4567通过write函数写入设备中。最后调用close关掉/dev/dev_module设备文件。

Makefile如下：

从Makefile可知，最后编译生成的用户空间的可执行文件名为app_access。

3.运行结果。

命令：./app_access

如上图可知，当用户空间程序运行时，先打开文件所以在内核空间调用dev_open函数，之后读取数据，在内核空间中调用dev_read函数，用户空间读取到数据以后，在用户空间复印读取到的数据“app--data=1234”，即读取到的值为1234，余内核空间提供的值相同。之后再将整型之4567通过write函数写入到内核空间，在内核空间调用dev_write函数，接收到的值同样为4567；最后关掉设备节点文件。至此，说明通过用户空间操作内核空间的设备驱动模块成功。

二、Linux内核驱动的访问过程

如上图所示，对于设备驱动程序而言，用户空间的调用，可以在内核空间中找到与其相对应的操作函数技巧。这么这种调用时怎样进行一一对应的呢？？整个调用的过程是如何的？？

在这儿通过read调用进行示例说明。

1.从用户空间应用程序追踪

静态编译应用程序：

命令：arm-cortex_a8-linux-gnueabi-gcc-static-gaccess_app.c-oapp_access

应用程序编译生成可执行文件app_access，通过对其反汇编得到dump文件。

命令：arm-cortex_a8-linux-gnueabi-objdump-D-Sapp_access>dump

剖析dump文件：

vim打开dump文件，查找到main函数，如右图：

如上图可知，各个调用所编译出的汇编代码，这儿重点关注read。

从read(fd,&data,siaeof(data));调用可知，将数据保存在r0,r1和r2这三个寄存器中，从ARM汇编我们可知，C语言与汇编进行函数传参是，当参数大于等会4个时，参数保存在r0,r1,r2和r3寄存器中；所以read函数的3个参数分别按次序保存在r0,r1和r2三个寄存器中。之后进行调用__libc_read函数。

通过在dump文件中可以查找到__libc_read函数，如右图：

在这儿我们重点关注10917行和10918行linux嵌入式开发，这两行代码。意思是，通过将立刻数3储存在r7寄存器中linux设备驱动开发详解 源码，之后调用svc指令。Svc在ARM程序中是一个很特殊的指令，称作系统调用指令。当调用svc指令后，PC表针（R15）会从用户空间跳转到内核空间，而且入口是统一固定的。

而此时内核空间所做的是获取一个number，即为以上储存在r7寄存器中的数字，对于read函数而言，这个数字为3，代表须要调用内核空间的哪一个系统调用函数，代表一个标号。最后依照这个namber数值进行查表，查找到对应的系统调用函数。

2.找调用的统一入口

其存在于Linux内核源码linux/arch/arm/kernel/entry-common.S文件中，打开文件后，找到标号vector_swi，这就是用户空间到内核空间调用的统一入口。如右图：

通过注释”Getthesystemcallnumber.”可知在这儿也实现了查表操作。通过查找，找到名为sys_call_table的表linux设备驱动开发详解 源码，如右图：

最后还是在linux/arch/arm/kernel/entry-common.S文件中查找到这张表，如右图：

如上图，定义.typesys_call_table,#object表以后，又调用ENTRY(sys_call_table)入口，之后包含calls.S文件。现今打开calls.S文件，其所在Linux内核源码路径为linux/arch/arm/kernel/calls.S，如右图：

到这儿，基本上是柳暗花明又一村了！如上图可见sys_read系统调用的定义，其标号正好为3，所以sys_read就是与用户空间read调用对应的插口。其他的例如write、open等等调用均这么。

所以sys_call_table这个表实际上就是包好了好多系统调用函数的一个表，作用是从内核空间与用户空间的插口进行映射。

到这儿基本上就很清楚了用户空间的read函数到内核空间的sys_read函数插口的过程了。

3.从sys_read系统调用插口道staticstructfile_operations操作方式函数集的过程

查找并打开linux/fs/read_write.c文件，找到SYSCALL_DEFINE3(read,unsignedint,fd,char__user*,buf,size_t,count)宏定义，如右图：

SYSCALL_DEFINE3(read,unsignedint,fd,char__user*,buf,size_t,count)宏定义展开后实际上就是sys_read函数的原型。

我们晓得，当用户空间每打开一个文件，在Linux内核空间中还会存在一个structfile*file;结构表针；如上图中也存在一个文件描述符fd，之后通过方式函数调用file=fget_light(fd,&fput_needed);找对其文件描述符所对应的structfile*file;结构表针。最后借助structfile*file;去调用et=vfs_read(file,buf,count,&pos);。（我们晓得，VFS虚拟文件系统对于Linux操作系统而言至关重要，它促使用户空间和内核空间分离独立，但是提供统一的插口进行交互）。继续跟踪vfs_read函数。

如上图所示，ssize_tvfs_read(structfile*file,char__user*buf,size_tcount,loff_t*pos)函数原型中的ret=file->f_op->read(file,buf,count,pos);调用变得至关重要（以上代码的321行），实际上到这儿，就是的整一个调用与Linux内核驱动中的staticstructfile_operations方式函数集扯上了关系。staticstructfile_operations方式函数实在Linux内核驱动中定义的设备操作方式，所以这就可从用户空间直接打通到Linux内核设备驱动上了。

三、总结

如右图为整个调用的框架图

本文原创地址：https://www.linuxprobe.com/lnhqdmkxxjxz.html编辑：刘遄，审核员：暂无