生活随笔
收集整理的這篇文章主要介紹了
Linux 字符设备驱动开发基础（四）—— ioctl() 函数解析
小編覺得挺不錯的,現(xiàn)在分享給大家,幫大家做個參考.
?解析完?open、close、read、write 四個函數(shù)后，終于到我們的 ioctl() 函數(shù)了
一、 什么是ioctl
? ? ? ???ioctl是設(shè)備驅(qū)動程序中對設(shè)備的I/O通道進(jìn)行管理的函數(shù)。所謂對I/O通道進(jìn)行管理，就是對設(shè)備的一些特性進(jìn)行控制，例如串口的傳輸波特率、馬達(dá)的轉(zhuǎn)速等等。下面是其源代碼定義：
函數(shù)名: ioctl
功 能: 控制I/O設(shè)備
用 法:?int ioctl(int handle, int cmd,[int *argdx, int argcx]);
參數(shù)：fd是用戶程序打開設(shè)備時使用open函數(shù)返回的文件標(biāo)示符，cmd是用戶程序?qū)υO(shè)備的控制命令，后面是一些補(bǔ)充參數(shù)，一般最多一個，這個參數(shù)的有無和cmd的意義相關(guān)。
include/asm/ioctl.h中定義的宏的注釋：
[cpp]?view plaincopy
#define???_IOC_NRBITS????????8???????????????????????????????//序數(shù)（number）字段的字位寬度，8bits?? #define???_IOC_TYPEBITS??????8???????????????????????????????//幻數(shù)（type）字段的字位寬度，8bits?? #define???_IOC_SIZEBITS??????14??????????????????????????????//大小（size）字段的字位寬度，14bits?? #define???_IOC_DIRBITS???????2???????????????????????????????//方向（direction）字段的字位寬度，2bits?? #define???_IOC_NRMASK???????((1?<<?_IOC_NRBITS)-1)????//序數(shù)字段的掩碼，0x000000FF?? #define???_IOC_TYPEMASK?????((1?<<?_IOC_TYPEBITS)-1)??//幻數(shù)字段的掩碼，0x000000FF?? #define???_IOC_SIZEMASK?????((1?<<?_IOC_SIZEBITS)-1)???//大小字段的掩碼，0x00003FFF?? #define???_IOC_DIRMASK??????((1?<<?_IOC_DIRBITS)-1)????//方向字段的掩碼，0x00000003?? #define???_IOC_NRSHIFT?????0????????????????????????????????//序數(shù)字段在整個字段中的位移，0?? #define???_IOC_TYPESHIFT???(_IOC_NRSHIFT+_IOC_NRBITS)???????//幻數(shù)字段的位移，8?? #define???_IOC_SIZESHIFT???(_IOC_TYPESHIFT+_IOC_TYPEBITS)???//大小字段的位移，16?? #define???_IOC_DIRSHIFT????(_IOC_SIZESHIFT+_IOC_SIZEBITS)???//方向字段的位移，30?? #define?_IOC_NONE????0U?????//沒有數(shù)據(jù)傳輸?? #define?_IOC_WRITE???1U?????//向設(shè)備寫入數(shù)據(jù)，驅(qū)動程序必須從用戶空間讀入數(shù)據(jù)?? #define?_IOC_READ????2U?????//從設(shè)備中讀取數(shù)據(jù)，驅(qū)動程序必須向用戶空間寫入數(shù)據(jù)?? #define?_IOC(dir,type,nr,size)?\?? ???????(((dir)??<<?_IOC_DIRSHIFT)?|?\?? ????????((type)?<<?_IOC_TYPESHIFT)?|?\?? ????????((nr)???<<?_IOC_NRSHIFT)?|?\?? ????????((size)?<<?_IOC_SIZESHIFT))?? ??? ?? #define?_IO(type,nr)?????????????_IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)?? ?? #define?_IOR(type,nr,size)?????_IOC(_IOC_READ,(type),(nr),sizeof(size))?? ?? #define?_IOW(type,nr,size)????_IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),sizeof(size))?? ?? #define?_IOWR(type,nr,size)?_IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),sizeof(size))?? ??? ?? #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)?? ?? ?? #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)??
二、ioctl的必要性?
? ? ? ?如果不用ioctl的話，也可以實現(xiàn)對設(shè)備I/O通道的控制。例如，我們可以在驅(qū)動程序中實現(xiàn)write的時候檢查一下是否有特殊約定的數(shù)據(jù)流通過，如果有的話，那么后面就跟著控制命令（一般在socket編程中常常這樣做）。但是如果這樣做的話，會導(dǎo)致代碼分工不明，程序結(jié)構(gòu)混亂，程序員自己也會頭昏眼花的。所以，我們就使用ioctl來實現(xiàn)控制的功能。要記住，用戶程序所作的只是通過命令碼(cmd)告訴驅(qū)動程序它想做什么，至于怎么解釋這些命令和怎么實現(xiàn)這些命令，這都是驅(qū)動程序要做的事情。
三、 ioctl如何實現(xiàn)
? ? ? ? 在驅(qū)動程序中實現(xiàn)的ioctl函數(shù)體內(nèi)，實際上是有一個switch{case}結(jié)構(gòu)，每一個case對應(yīng)一個命令碼，做出一些相應(yīng)的操作。怎么實現(xiàn)這些操作，這是每一個程序員自己的事情。因為設(shè)備都是特定的，這里也沒法說。關(guān)鍵在于怎樣組織命令碼，因為在ioctl中命令碼是唯一聯(lián)系用戶程序命令和驅(qū)動程序支持的途徑。
? ? ? ? 命令碼的組織是有一些講究的，因為我們一定要做到命令和設(shè)備是一一對應(yīng)的，這樣才不會將正確的命令發(fā)給錯誤的設(shè)備，或者是把錯誤的命令發(fā)給正確的設(shè)備，或者是把錯誤的命令發(fā)給錯誤的設(shè)備。這些錯誤都會導(dǎo)致不可預(yù)料的事情發(fā)生，而當(dāng)程序員發(fā)現(xiàn)了這些奇怪的事情的時候，再來調(diào)試程序查找錯誤，那將是非常困難的事情。所以在Linux核心中是這樣定義一個命令碼的：?
| 設(shè)備類型 | 序列號 | 方向 |數(shù)據(jù)尺寸|
|-------------|----------|-------|------------|
| ? ? 8 bit ? ? | ? 8 bit ?| 2 bit | ?8~14 bit |
|-------------|----------|-------|-------------|
? ? ?這樣一來，一個命令就變成了一個整數(shù)形式的命令碼；但是命令碼非常的不直觀，所以Linux Kernel中提供了一些宏。這些宏可根據(jù)便于理解的字符串生成命令碼，或者是從命令碼得到一些用戶可以理解的字符串以標(biāo)明這個命令對應(yīng)的設(shè)備類型、設(shè)備序列號、數(shù)據(jù)傳送方向和數(shù)據(jù)傳輸尺寸。
比如上面展現(xiàn)的：
[cpp]?view plaincopy
?? #define?_IO(type,nr)?????????????_IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)?? ?? #define?_IOR(type,nr,size)?????_IOC(_IOC_READ,(type),(nr),sizeof(size))?? ?? #define?_IOW(type,nr,size)????_IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),sizeof(size))?? ?? #define?_IOWR(type,nr,size)?_IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),sizeof(size))??
? ? 我們在前面PWM驅(qū)動程序中也定義了命令宏：
[cpp]?view plaincopy
#define???MAGIC_NUMBER????'k'?? #define???BEEP_ON????_IO(MAGIC_NUMBER????,0)?? #define???BEEP_OFF???_IO(MAGIC_NUMBER????,1)?? #define???BEEP_FREQ??_IO(MAGIC_NUMBER????,2)??
? ? ?這里必須要提一下的，就是"幻數(shù)"MAGIC_NUMBER，?"幻數(shù)"是一個字母，數(shù)據(jù)長度也是8，用一個特定的字母來標(biāo)明設(shè)備類型，這和用一個數(shù)字是一樣的，只是更加利于記憶和理解。
四、 cmd參數(shù)如何得出?
? ? 這里確實要說一說，cmd參數(shù)在用戶程序端由一些宏根據(jù)設(shè)備類型、序列號、傳送方向、數(shù)據(jù)尺寸等生成，這個整數(shù)通過系統(tǒng)調(diào)用傳遞到內(nèi)核中的驅(qū)動程序，再由驅(qū)動程序使用解碼宏從這個整數(shù)中得到設(shè)備的類型、序列號、傳送方向、數(shù)據(jù)尺寸等信息，然后通過switch{case}結(jié)構(gòu)進(jìn)行相應(yīng)的操作。
實例時刻，當(dāng)然只是部分代碼：
[cpp]?view plaincopy
#define??MAGIC_NUMBER????'k'?? #define??BEEP_ON????_IO(MAGIC_NUMBER????,0)?? #define??BEEP_OFF???_IO(MAGIC_NUMBER????,1)?? #define??BEEP_FREQ??_IO(MAGIC_NUMBER????,2)?? #define??BEPP_IN_FREQ?100000?? ?? static?void?beep_freq(unsigned?long?arg)?? {?? ????writel(BEPP_IN_FREQ/arg,?timer_base?+TCNTB0??);?? ????writel(BEPP_IN_FREQ/(2*arg),?timer_base?+TCMPB0?);?? }?? ?? static?long?beep_ioctl(struct?file?*filep,?unsigned?int?cmd,?unsigned?long?arg)?? {?? ????switch(cmd)?? ????{?? ????????case?BEEP_ON:?? ????????????fs4412_beep_on();?? ????????????break;?? ????????case?BEEP_OFF:?? ????????????fs4412_beep_off();?? ????????????break;?? ????????case?BEEP_FREQ:?? ????????????beep_freq(?arg?);?? ????????????break;?? ????????default?:?? ????????????return?-EINVAL;?? ????}?? }??
測試代碼如下：
[cpp]?view plaincopy
#include?<sys/types.h>?? #include?<sys/stat.h>?? #include?<fcntl.h>?? #include?<stdio.h>?? #include?<sys/ioctl.h>?? ?? #define??MAGIC_NUMBER????'k'?? #define???BEEP_ON????_IO(MAGIC_NUMBER????,0)?? #define???BEEP_OFF???_IO(MAGIC_NUMBER????,1)?? #define???BEEP_FREQ???_IO(MAGIC_NUMBER????,2)?? ?? main()?? {?? ????int?fd;?? ?? ????fd?=?open("/dev/beep",O_RDWR);?? ????if(fd<0)?? ????{?? ????????perror("open?fail?\n");?? ????????return?;?? ????}?? ?? ????ioctl(fd,BEEP_ON);?? ?? ????sleep(6);?? ????ioctl(fd,BEEP_OFF);??? ?? ????close(fd);?? } ?
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的Linux 字符设备驱动开发基础（四）—— ioctl() 函数解析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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