Linux设备驱动之Ioctl控制
⼤部分驱动除了需要具备读写设备的能⼒之外，还需要具备对硬件控制的能⼒。
⼀、在⽤户空间，使⽤ioctl系统调⽤来控制设备，原型如下：
int ioctl(int fd,unsigned long cmd,...);
/*
fd:⽂件描述符
cmd：控制命令
...：可选参数：插⼊*argp，具体内容依赖于cmd
*/优秀个人简历模板
⽤户程序所作的只是通过命令码告诉驱动程序它想做什么，⾄于怎么解释这些命令和怎么实现这些命令，这都是驱动程序要做的事情。
⼆、驱动ioctl⽅法：
int (*ioctl) (struct inode *inode,struct file *filp,unsigned int cmd,unsigned long arg);
/*
inode与filp两个指针对应于应⽤程序传递的⽂件描述符fd，这和传递open⽅法的参数⼀样。
cmd 由⽤户空间直接不经修改的传递给驱动程序
arg 可选。
*/
在驱动程序中实现的ioctl函数体内，实际上是有⼀个switch {case}结构，每⼀个case对应⼀个命令码，做出⼀些相应的操作。怎么实现这些操作，这是每⼀个程序员⾃⼰的事情，因为设备都是特定的。关键在于怎么样组织命令码，因为在ioctl中命令码是唯⼀联系⽤户程序命令和驱动程序⽀持的途径。
在Linux核⼼中是这样定义⼀个命令码的：
____________________________________
| 设备类型 | 序列号 | ⽅向 | 数据尺⼨ |
|----------|--------|------|-------- |
| 8 bit | 8 bit | 2 bit |8~14 bit|
|----------|--------|------|-------- |
这样⼀来，⼀个命令就变成了⼀个整数形式的命令码。但是命令码⾮常的不直观，所以Linux Kernel中提供了⼀些宏，这些宏可根据便于理解的字符串⽣成命令码，或者是从命令码得到⼀些⽤户可以理解的字符串以标明这个命令对应的设备类型、设备序列号、数据传送⽅向和数据传输尺⼨。
1、定义命令：
内核提供了⼀些宏来帮助定义命令：
//nr为序号，datatype为数据类型，如int
_IO(type, nr ) //没有参数的命令
_IOR(type, nr, datatype) //从驱动中读数据
_IOW(type, nr, datatype) //写数据到驱动
_IOWR(type,nr, datatype) //双向传送
定义命令例⼦:
#define MEM_IOC_MAGIC 'm' //定义类型
#define MEM_IOCSET _IOW(MEM_IOC_MAGIC,0,int)
#define MEM_IOCGQSET _IOR(MEM_IOC_MAGIC, 1, int)
2、实现命令：
定义好了命令，下⼀步就是要实现ioctl函数了，ioctl的实现包括三个技术环节：
1）返回值；
ioctl函数的实现是根据命令执⾏的⼀个switch语句，但是，当命令不能匹配任何⼀个设备所⽀持的命令时，通常返回-EINVAL(⾮法参数)；
2）参数使⽤；
⽤户使⽤ int ioctl(int fd,unsinged long cmd,...) 时，...就是要传递的参数；
再通过 int (*ioctl)(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg) 中的arg传递；
如果arg是⼀个整数，可以直接使⽤；
如果是指针，我们必须确保这个⽤户地址是有效的，因此，使⽤之前需要进⾏正确检查。
内部有检查的，不需要检测的：
copy_from_user
copy_to_user
get_user
put_user
需要检测的：
__get_user
__put_user
检测函数access_ok（）:
static inline int access_ok(int type, const void *addr, unsigned long size)
/*
type ：是VERIFY_READ 或者VERIFY_WRITE⽤来表明是读⽤户内存还是写⽤户内存;
addr：是要操作的⽤户内存地址;
size：是操作的长度。如果ioctl需要从⽤户空间读⼀个整数，那么size参数就等于sizeof(int)；
返回值：Access_ok返回⼀个布尔值：1，是成功（存取没问题）；0，是失败，ioctl返回-EFAULT；*/
3）命令操作；
switch(cmd)
{
case:
... ...
}
三、ioctl实例分析：
（1）memdev.h：
View Code
#ifndef _MEMDEV_H_
#define _MEMDEV_H_
#include <linux/ioctl.h>
#ifndef MEMDEV_MAJOR
#define MEMDEV_MAJOR 0 /*预设的mem的主设备号*/
#endif
#ifndef MEMDEV_NR_DEVS
#define MEMDEV_NR_DEVS 2 /*设备数*/
#endif
#ifndef MEMDEV_SIZE
#define MEMDEV_SIZE 4096
#endif
/*mem设备描述结构体*/
struct mem_dev
{
char *data;
unsigned long size;
};
/* 定义幻数 */
#define MEMDEV_IOC_MAGIC 'k'
/* 定义命令 */
#define MEMDEV_IOCPRINT _IO(MEMDEV_IOC_MAGIC, 1)
#define MEMDEV_IOCGETDATA _IOR(MEMDEV_IOC_MAGIC, 2, int)
#define MEMDEV_IOCSETDATA _IOW(MEMDEV_IOC_MAGIC, 3, int)
#define MEMDEV_IOC_MAXNR 3
#endif /* _MEMDEV_H_ */
（2）memdev.c：（驱动程序）
View Code
#include <linux/module.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/system.h>
#include <asm/uaccess.h>患得患失怎么办
#include "memdev.h"
static int mem_major = MEMDEV_MAJOR;
module_param(mem_major, int, S_IRUGO);
struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/
struct cdev cdev;
/*⽂件打开函数*/
int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
struct mem_dev *dev;
/*获取次设备号*/
int num = MINOR(inode->i_rdev);
if (num >= MEMDEV_NR_DEVS)
return -ENODEV;
dev = &mem_devp[num];
/*将设备描述结构指针赋值给⽂件私有数据指针*/
filp->private_data = dev;
return0;
}
/*⽂件释放函数*/
int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
唇部护理{
return0;
}
/*IO操作*/
int memdev_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp,
unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
int err = 0;
int ret = 0;
int ioarg = 0;
/* 检测命令的有效性 */
if (_IOC_TYPE(cmd) != MEMDEV_IOC_MAGIC)
return -EINVAL;
if (_IOC_NR(cmd) > MEMDEV_IOC_MAXNR)
return -EINVAL;
/* 根据命令类型，检测参数空间是否可以访问 */
if (_IOC_DIR(cmd) & _IOC_READ)
err = !access_ok(VERIFY_WRITE, (void *)arg, _IOC_SIZE(cmd));
else if (_IOC_DIR(cmd) & _IOC_WRITE)
err = !access_ok(VERIFY_READ, (void *)arg, _IOC_SIZE(cmd));
if (err)
return -EFAULT;
/* 根据命令，执⾏相应的操作 */
switch(cmd) {
/* 打印当前设备信息 */
case MEMDEV_IOCPRINT:
printk("<--- CMD MEMDEV_IOCPRINT Done--->\n\n");
break;
/* 获取参数 */
case MEMDEV_IOCGETDATA:
ioarg = 1101;
ret = __put_user(ioarg, (int *)arg);
break;
/* 设置参数 */
case MEMDEV_IOCSETDATA:
ret = __get_user(ioarg, (int *)arg);
printk("<--- In Kernel MEMDEV_IOCSETDATA ioarg = %d --->\n\n",ioarg);
break;
default:
return -EINVAL;
}
return ret;
}
/*⽂件操作结构体*/
static const struct file_operations mem_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.open = mem_open,
.release = mem_release,
.ioctl = memdev_ioctl,
};
/*设备驱动模块加载函数*/
static int memdev_init(void)
{
int result;
int i;
dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);
/* 静态申请设备号*/
if (mem_major)
result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");
else/* 动态分配设备号 */
{
result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
mem_major = MAJOR(devno);
}
if (result < 0)
return result;
/
*初始化cdev结构*/
cdev_init(&cdev, &mem_fops);
cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev.ops = &mem_fops;
/* 注册字符设备 */
cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);
/* 为设备描述结构分配内存*/
mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL); if (!mem_devp) /*申请失败*/
{
result = - ENOMEM;
goto fail_malloc;
}
memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));
/*为设备分配内存*/
for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++)
{
mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;
mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);
memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);
}
return0;
fail_malloc:
unregister_chrdev_region(devno, 1);
return result;
}
/*模块卸载函数*/
static void memdev_exit(void)
{
cdev_del(&cdev); /*注销设备*/
kfree(mem_devp); /*释放设备结构体内存*/
unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/
}
MODULE_AUTHOR("David Xie");
MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);
(3)app-ioctl.c（应⽤程序）
#include <stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>
#include "memdev.h"/* 包含命令定义 */
int main()
{
公历是阴历还是阳历int fd = 0;
int cmd;
int arg = 0;
char Buf[4096];
/*打开设备⽂件*/
dnf虚无fd = open("/dev/memdev0",O_RDWR);
if (fd < 0)
{
printf("Open Dev Mem0 Error!\n");
return -1;
}
/
* 调⽤命令MEMDEV_IOCPRINT */
printf("<--- Call MEMDEV_IOCPRINT --->\n");
cmd = MEMDEV_IOCPRINT;
if (ioctl(fd, cmd, &arg) < 0)
{
printf("Call cmd MEMDEV_IOCPRINT fail\n");
return -1;
}
/* 调⽤命令MEMDEV_IOCSETDATA */
printf("<--- Call MEMDEV_IOCSETDATA --->\n");
cmd = MEMDEV_IOCSETDATA;
arg = 2007;
if (ioctl(fd, cmd, &arg) < 0)
{
肖战就争议事件再发声printf("Call cmd MEMDEV_IOCSETDATA fail\n");
return -1;
}
/* 调⽤命令MEMDEV_IOCGETDATA */
printf("<--- Call MEMDEV_IOCGETDATA --->\n");
cmd = MEMDEV_IOCGETDATA;
if (ioctl(fd, cmd, &arg) < 0)
{
printf("Call cmd MEMDEV_IOCGETDATA fail\n");
return -1;
}
printf("<--- In User Space MEMDEV_IOCGETDATA Get Data is %d --->\n\n",arg); close(fd);
return0;
}
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