鲁达 一、Linux内核驱动的访问
1.内核空间实现
要使得用户空间的应用程序能够访问内核驱动模块，那么只能通过/dev目录下的设备节点进行访问。
通过module_init(dev_init);声明，将static int __init dev_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，在这里提供了两种申请的方式（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：在这里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式，即直接定义全局变量struct cdev mdev;。设备号通用也是通过全局变量devno存储，即为static unsigned int devno = 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，static void __exit dev_exit(void)函数作为出口。
通过module_exit(dev_exit);声明，将static void __exit dev_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删除，并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，需要传递参数有：字符设备cdev结构和所需要实现操作的方法函数集fops。在代码中字符设备结构为mdev，方法函数集为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实现关闭设备。他们分别对应static struct file_operations结构的相同属性成员方法。具体方法实现如下：
如上图所示，因为目前并未明确的操作硬件设备，所以只是实现了相应方法的框架，然后通过打印的方式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static ssize_t dev_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, 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。数据传递的方法使用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闭操作。当在用户空间中调用write函数操作/dev/dev_module设备文件时，那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出来，然后进行打印。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，进行关闭设备。
驱动程序完成后，通过编译生成文件acce驱动文件。将其拷贝到板卡的根文件系统中，通过命令insmod acce加载驱动模块。
因为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，所以需要手动的进行创建设备节点（自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，因为只有一个设备，所以次设备号为0。
（2）手动创建设备文件节点
命令：mknod /dev/dev_module c2540
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。在此不讨论自动创建设备文件节点的话题。
2.用户空间实现
用户空间代码非常简单，首先是调用C库函数open打开设备文件节点/dev/dev_module，然后读取设备的数据，对照设备驱动代码，读取正确的数据应该是整型之1234，并将其打印出来。然后再将整型值4567通过write函数写入设备中。最后调用close关闭/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，然后读取数据，在内核空间中调用dev_read函数，用户空间读取到数据之后，在用户空间打印读取到的数据“app--data = 1234”，即读取到的值为1234，余内核空间提供的值相同。然后再将整型之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；最后关闭设备节点文件。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方法。那么这些调用时如何进行一一对应的呢？？整个调用的过程是怎样的？？
在这里通过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 -g acce -o app_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 -S app_access >dump
分析dump文件：
vim打开dump文件，查找到main函数，如下图：
如上图可知，各个调用所编译出的汇编代码，这里重点关注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，当参数小于等会4个时，参数保存在r0,r1,r2和r3寄存器中；所以read函数的3个参数分别按顺序保存在r0,r1和r2三个寄存器中。然后进行调用__libc_read函数。
通过在dump文件中可以查找到__libc_read函数，如下图：
在这里我们重点关注10917行和10918行，这两行代码。意思是，通过将立即数3存放在r7寄存器中，然后调用svc指令。Svc在ARM程序中是一个很特殊的指令，叫做系统调用指令。当调用svc指令后，PC指针（R15）会从用户空间跳转到内核空间，并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，即为以上存放在r7寄存器中的数字，对于read函数而言，这个数字为3，代表需要调用内核空间的哪一个系统调用函数，代表一个标号。最后根据这个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。如下图：
通过注释”Get the system call number.”可知在这里也实现了查表操作。通过查找，找到名为sys_call_table的表，如下图：
最后还是在linux/arch/arm/kernel文件中查找到这张表，如下图：
如上图，定义.type sys_call_table, #object表之后，又调用ENTRY(sys_call_table)入口，然后包含calls.S文件。现在打开calls.S文件，其所在Linux内核源码路径为linux/arch/arm/kernel，如下图：
到这里，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，其标号刚好为3，所以sys_read就是与用户空间read调用对应的接口。其他的比如write、open等等调用均如此。
所以sys_call_table这个表实际上就是包好了很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接口进行映射。
到这里基本上就很清楚了用户空间的read函数到内核空间的sys_read函数接口的过程了。
3.从sys_read系统调用接口道static struct file_operations操作方法函数集的过程
查找并打开linux文件，找到SYSCALL_DEFINE3(read, unsigned int, fd, char __user *, buf, size_t, count)宏定义，如下图：
SYSCALL_DEFINE3(read, unsigned int, 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。
我们知道，当用户空间每打开一个文件，在Linux内核空间中都会存在一个struct file *file;结构指针；如上图中也存在一个文件描述符fd，然后通过方法函数调用file = fget_light(fd, &fput_needed);找对其文件描述符所对应的struct file *file;结构指针。最后利用struct file *file;去调用et = vfs_read(file, buf, count, &pos);。（我们知道，VFS虚拟文件系统对于Linux操作系统而言至关重要，它使得用户空间和内核空间分离独立，并且提供统一的接口进行交互）。继续跟踪vfs_read函数。
如上图所示，ssize_t vfs_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)函数原型中的ret = file->f_op->read(file, buf, count, pos);调用显得至关重要（以上代码的321行），实际上到这里，就是的整一个调用与Linux内核驱动中的static struct file_operations方法函数集扯上了关系。static struct file_operations方法函数实在Linux内核驱动中定义的设备操作方法，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
如下图为整个调用的框架图
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