（八）linux驱动之ioctl的使用

这篇文章给大家讲解一下ioctl的简单使用，关于ioctl更详细的教程后面有机会单独写出来

（一）什么是ioctl

ioctl是设备驱动程序中对设备的I/O通道进行管理的函数。所谓对I/O通道进行管理，就是对设备的一些特性进行控制，例如串口的传输波特率、马达的转速、网卡速率等等。它的调用方式如下：

//在应用调用
int ioctl(int fd, int cmd, …)；

其中fd是用户程序打开设备时使用open函数返回的文件标示符，cmd是用户程序对设备的控制命令，至于后面的省略号，那是一些补充参数，一般最多一个，这个参数的有无和cmd的意义相关。

（二）ioctl的作用

虽然在文件操作结构体"struct file_operations"中有很多对应的设备操作函数，但是有些命令是实在找不到对应的操作函数。如CD-ROM的驱动，想要一个弹出光驱的操作，这种操作并不是所有的字符设备都需要的，所以文件操作结构体也不会有对应的函数操作。出于这样的原因，ioctl就有它的用处了————一些没办法归类的函数就统一放在ioctl这个函数操作中，通过指定的命令来实现对应的操作。所以，ioctl函数里面都实现了多个的对硬件的操作，通过应用层传入的命令来调用相应的操作。

（3）ioctl的优点

控制I/O设备，提供了一种获得设备信息和向设备发送控制参数的手段。用于向设备发控制和配置命令 ,read/write函数处理的是数据，ioctl是控制命令
这样用的可以分工明确：数据是数据，命令是命令

（四）ioctl相关接口介绍

（1）系统层

   #include <sys/ioctl.h>int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);int fd：设备对应的打开的文件描述符
unsigned long request：请求码
若有第三个参数，必须为无类型指针

请求码cmd是 unsigned int 是 32 位。下图给出了每位的含义

系统中给定了一些请求码，下面列出一小部分

    // <include/asm-i386/socket.h>地址          宏名称       采用对应宏名字的时候所传递的第三个参数值0x00008901   FIOSETOWN    const int *0x00008902   SIOCSPGRP    const int *0x00008903   FIOGETOWN    int *0x00008904   SIOCGPGRP    int *0x00008905   SIOCATMAR    int *0x00008906   SIOCGSTAMP   timeval *

除了系统给定的，内核中也提供了创建请求码的宏：

/* 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)))
type: cmd 中魔数,用来代表一个驱动 8~15位。
nr  : cmd 中的序列号，0-7位
size: cmd 中的数据尺寸，16-29位

内核中提供了相应的解码请求码的宏：

/* used to decode ioctl numbers.. */
获取请求码是从内核获取数据或者写入数据到内核-----判定读写功能
#define _IOC_DIR(nr)    (((nr) >> _IOC_DIRSHIFT) & _IOC_DIRMASK)获取请求码对应的操作设备类型
#define _IOC_TYPE(nr)   (((nr) >> _IOC_TYPESHIFT) & _IOC_TYPEMASK)
获取具体的请求码的功能值（传递的是1还是0，或者其他数据）
#define _IOC_NR(nr)     (((nr) >> _IOC_NRSHIFT) & _IOC_NRMASK)
获取请求码的代销
#define _IOC_SIZE(nr)   (((nr) >> _IOC_SIZESHIFT) & _IOC_SIZEMASK)

注意：
unlocked_ioctl 用来替换 ioctl 接口的，在 Linux 3.0 以后 ioctl 已经在内核中消失。其对应系统调用接口不变。

（五）实例代码

cdev.c

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/io.h>int i=0;
dev_t dev=0;
char stat[4]={-1,-1,-1,-1};
#define CDEVCOUNT 5
#define CDEVNAME "cdevdevice"
#define CDEVCLASS "myclass"
#define INODENAME "mycdev"
#define ADDRSIZE 8
unsigned int phy_dadr=0x110002E0;//映射的起始地址，为GPM4CON的偏移地址
unsigned  int *virt_addr=NULL; //用来接收映射后首地址
struct cdev * cdev=NULL;
struct class * cdevclass=NULL;
#define GPM4CON  (*(volatile unsigned int *)virt_addr)
#define GPM4DAT  (*(volatile unsigned int *)(virt_addr+1))int cdev_open (struct inode *node, struct file *file)
{//先将配置寄存器清空GPM4CON &=~(0XFFFF<<0);//设置每个引脚为输出状态GPM4CON |=(0X1111<<0);//给指定的数据寄存器初始化GPM4DAT |=(0XF<<0);return 0;
}
ssize_t cdev_read (struct file *fp, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{int i=0,ret=0;if(size<=0 || *offset>4 )return -EINVAL;if(size>4-*offset)size=4-*offset;for(i=*offset;i<*offset+size;i++){if(GPM4DAT&(1<<i)){stat[i]='0';}else if(!(GPM4DAT&(1<<i))){stat[i]='1';}}ret=copy_to_user(&buf[*offset],&stat[*offset],size);printk("%s\n",stat);printk("cdev_read is install\n");return 0;
}
ssize_t cdev_write (struct file *fp, const char __user * buf, size_t size, loff_t *offset)
{int i=0;long ret=0;char str[4]={-1,-1,-1,-1};if(size<=0 || *offset>4 )return -EINVAL;if(size>4-*offset)size=4-*offset;ret=copy_from_user(&str[*offset],&buf[*offset],size);if(ret<0){return -1;}for(i=*offset;i<*offset+size;i++){if(str[i]=='0')GPM4DAT |=(1<<i);else if(str[i]=='1')GPM4DAT &=~(1<<i);}printk("cdev_write is install\n");return 0;
}
loff_t cdev_llseek (struct file *fp, loff_t off, int whence)
{//获取偏移量的操作需要whence和off结合loff_t newoff=0;switch(whence){case SEEK_SET:newoff=off;break;case SEEK_CUR:newoff=fp->f_pos+off;break;case SEEK_END:newoff=off+4;break;default: break;}//上述操作newoff 的值可能为负数，也可能为大于4的数，大于4和小于0没有意义if(newoff<0){newoff=0;}if(newoff>4){newoff=4;}fp->f_pos=newoff;return fp->f_pos;
}
long cdev_ioctl (struct file *fp, unsigned int cmd,  unsigned long tmp)
{int  i=0,ret=0;if(_IOC_TYPE(cmd)!='D')return -EINVAL;//提取cmd中定义的读写方向if(_IOC_DIR(cmd)==_IOC_WRITE){if(_IOC_NR(cmd)==1){GPM4DAT &=~(1<<tmp);}if(_IOC_NR(cmd)==0){GPM4DAT |= (1<<tmp);}}else if(_IOC_DIR(cmd)==_IOC_READ){for(i=0;i<4;i++){if(GPM4DAT&(1<<i)){stat[i]='0';}else if(!(GPM4DAT&(1<<i))){stat[i]='1';}}if((ret=copy_to_user((unsigned long *)tmp, stat, 4))<0)return -EFAULT;}return 0;
}int cdev_release (struct inode *node, struct file *fp)
{printk("cdev_release is install\n");return 0;
}
struct file_operations fop={.open=cdev_open,//.read=cdev_read,//.write=cdev_write,.release=cdev_release,//.llseek=cdev_llseek,.unlocked_ioctl=cdev_ioctl,
};
static int __init cdev_module_init(void)
{int ret=alloc_chrdev_region(&dev, 0, CDEVCOUNT, CDEVNAME);if(ret){return -1;}cdev=cdev_alloc();if (!cdev)goto out;cdev_init(cdev, &fop);if(cdev_add(cdev, dev, CDEVCOUNT)){goto out1;}printk("cdev_add success\n");cdevclass=class_create(THIS_MODULE,CDEVCLASS);if (IS_ERR(cdevclass)){goto out2;}printk("class_create success\n");for(i=0;i<5;i++)device_create(cdevclass,NULL, dev+i, NULL, "mycdev%d",i );virt_addr=ioremap(phy_dadr,ADDRSIZE);printk("device_create success\n");return 0;
out:unregister_chrdev_region(dev,CDEVCOUNT);return -2;
out1:unregister_chrdev_region(dev,CDEVCOUNT);kfree(cdev);
out2:cdev_del(cdev);unregister_chrdev_region(dev,CDEVCOUNT);kfree(cdev);return PTR_ERR(cdevclass);
}
static void __exit cdev_module_cleanup(void)
{iounmap(virt_addr);for(--i;i>=0;i--)device_destroy(cdevclass,dev+i);printk("device_destroy success\n");class_destroy(cdevclass);cdev_del(cdev);unregister_chrdev_region(dev,CDEVCOUNT);kfree(cdev);printk("kfree success\n");
}
module_init(cdev_module_init);
module_exit(cdev_module_cleanup);
MODULE_LICENSE("GPL");

cdev_app.c

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <string.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include "cmd.h"
void display(int fd)
{char buf[4]={0};int i=0;//read(fd,buf,4);ioctl(fd,LED_R,buf);printf("%s\n",buf);for(i=0;i<4;i++){printf("led%d is %s\n",i,(buf[i]-'0')?"on":"off");}
}
int main(int argc, char const* argv[])
{int i=0;int fd=open(argv[1],O_RDWR);if(fd==-1){perror("open");return -1;}for(i=0;i<4;i++){ioctl(fd,LED_ON,i);sleep(1);display(fd);ioctl(fd,LED_OFF,i);sleep(1);}printf("%s\n",stat);close(fd);return 0;
}

cmd.h

#ifndef __CMD_H_
#define __CMD_H_#define  LED_OFF _IOW('D',0,sizeof(int))
#define  LED_ON _IOW('D',1,sizeof(int))
#define  LED_R  _IOR('D',2,sizeof(int))
#endif

Makefile

CFLAG=-C
TARGET=cdev
APP=cdev_app
KERNEL=/driver/linux-3.5
obj-m +=$(TARGET).o
all:make $(CFLAG) $(KERNEL) M=$(PWD)arm-linux-gcc -o $(APP) $(APP).c
clean:make $(CFLAG) $(KERNEL) M=$(PWD) cleanrm $(APP)

1.首先使用_IOW或_IOR宏来合成32位的请求码，这个请求码可以单独定义在一个头文件里
2.在字符驱动模型的file_operation结构体里.unlocked_ioctl指向的函数中编写与ioctl相关的控制函数
（1）判断设备类型 _IOC_TYPE（nr）
（2）判断读写方向 _IOC_DIR(nr)
如果是读的话将数据拷贝到用户空间
3.在应用程序中调用ioctr(fd,请求码，参数）来控制设备
这里的请求码可以是我们第一步合成的

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