linux字符驱动之ioctl部分

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1.为什么要用ioctl

前面已经讲了怎么对驱动设备进行读写,之所以还需要ioctl的原因是因为 工程师需要对设备进行控制,因此开出了这样的一些接口
因此,可以说ioctl是设备驱动程序中对设备的I/O通道进行管理的函数

2.一个简单的例子

ioctl应用层的使用方式:
int ioctl(int fd, unsigned long request, …)
fd是文件描述符,request是对应的cmd命令

linux字符驱动之ioctl部分
例子中添加了一个0x01的命令作为ioctl的命令,在应用程序中也调用ioctl,并且往下传了1这个参数

驱动代码


#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>

MODULE_LICENSE("GPL");

#define TEST_CMD 0x01

static int hello_open (struct inode *inode, struct file *filep)
{
   
	printk("hello_open()\n");
	return 0;
}

long hello_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
   
	switch (cmd)
	{
   
	case TEST_CMD:
		printk("for test ioctl\r\n");
		printk("arg is %d\r\n", arg);
		break;
	default:
		return -EINVAL;
	}

	return 0;
}

static struct file_operations hello_ops = 
{
   
	.open = hello_open,
	.unlocked_ioctl = hello_ioctl,
};

static int major = 230;
static int minor = 0;
static dev_t dev_num = 0;
static struct cdev cdev;

static int hello_init(void)
{
   
	int result;
	int error;

	dev_num = MKDEV(major, minor);
	
	result = register_chrdev_region(dev_num, 1, "test");

	if (result < 0)
	{
   
		printk("register_chrdev_region fail \n");
		return result;
	}
	printk("hello_init, register_chrdev_region OK \n");

	cdev_init(&cdev,&hello_ops);
	error = cdev_add(&cdev,dev_num,1);
	if(error < 0)
	{
   
		printk("cdev_add fail \n");
		unregister_chrdev_region(dev_num,1);
		return error;
	}
	return 0;
}


static void hello_exit(void)
{
   
	printk("hello_exit \n");
	cdev_del(&cdev);
	unregister_chrdev_region(dev_num, 1);
	return;
}

module_init(hello_init); //insmod
module_exit(hello_exit);//rmmod

应用程序代码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#define TEST_CMD 0x01

int main()
{
   
	int fd;
	int ret;

	fd = open("/dev/test",O_RDWR);
	if(fd<0)
	{
   
		perror("open fail \n");
		return;
	}
	printf("open ok \n ");

	ret = ioctl(fd, TEST_CMD, 1);
	if (ret < 0)
	{
   
		perror("ioctl fail \n");
	};
	return ret;
}

实验结果:
linux字符驱动之ioctl部分

3.思考

上面例子的问题在哪?

在上面的例子中,我们将TEST_CMD命令设置为0x01,但实际上这并不是一种好方法,因为如果每个模块都对命令设置成0x00,0x01…等等,内核将会十分混乱。

因此Linux内核采用了一套统一的ioctl()命令生成方式,详情看 linux内核中的 ioctl-number.txt文档
linux字符驱动之ioctl部分
ioctl()的命令方式为:
linux字符驱动之ioctl部分
内核中用来辅助ioctl的宏定义,文件位置:linux-linux-4.4.y\include\uapi\asm-generic\ioctl.h,其中:

type表示设备类型
nr表示序列号
size表示数据尺寸

/* used to create numbers */
#define _IO(type,nr) _IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)
#define _IOR(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
#define _IOW(type,nr,size) _IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
#define _IOWR(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
#define _IOR_BAD(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ,(type),(nr),sizeof(size))
#define _IOW_BAD(type,nr,size) _IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),sizeof(size))
#define _IOWR_BAD(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),sizeof(size))

/* used to decode ioctl numbers.. */
#define _IOC_DIR(nr) (((nr) >> _IOC_DIRSHIFT) & _IOC_DIRMASK)
#define _IOC_TYPE(nr) (((nr) >> _IOC_TYPESHIFT) & _IOC_TYPEMASK)
#define _IOC_NR(nr) (((nr) >> _IOC_NRSHIFT) & _IOC_NRMASK)
#define _IOC_SIZE(nr) (((nr) >> _IOC_SIZESHIFT) & _IOC_SIZEMASK)

/* ...and for the drivers/sound files... */

#define IOC_IN (_IOC_WRITE << _IOC_DIRSHIFT)
#define IOC_OUT (_IOC_READ << _IOC_DIRSHIFT)
#define IOC_INOUT ((_IOC_WRITE|_IOC_READ) << _IOC_DIRSHIFT)
#define IOCSIZE_MASK (_IOC_SIZEMASK << _IOC_SIZESHIFT)
#define IOCSIZE_SHIFT (_IOC_SIZESHIFT)

其实这个ioctl的cmd命令也不是很重要,只是如果想看起来更规范一点,可以参考ioctl-number.txt文档,我们参考他的来设计一下:
1.type类型
定义为"g"
2.序列号
我们自己的程序从1开始,定义为1
3.传输方向
这个是从应用程序的角度来看的,我们现在想传输参数给内核,所以对应用程序来说是写
4.数据尺寸
直接填需要传输的参数的类型

因此,上面例子的变化如下:
linux字符驱动之ioctl部分
经过实验,与原来现象一致。

w3cjava

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