通过ioctl函数实现灯\蜂鸣器和风扇的工作选择

ioctl函数实现灯\蜂鸣器和风扇的工作

  • 相关知识点
    • udev创建设备节点的原理
    • linux操作系统中ioctl函数的使用
    • ioctl函数的功能码
  • 相关API
    • 自动创建设备节点相关API
    • ioctl的相关API
  • 代码实现
    • tim.c文件
    • 测试文件
    • tim.h

相关知识点

udev创建设备节点的原理

通过ioctl函数实现灯\蜂鸣器和风扇的工作选择_第1张图片

linux操作系统中ioctl函数的使用

linux内核有意将设备的功能控制和数据的读写分成不同的函数完成,比如串口驱动,将串口的波特率、数据位宽等信息通过ioctl来实现,串口的数据收发通过read/write来实现

ioctl函数的功能码

通过ioctl函数实现灯\蜂鸣器和风扇的工作选择_第2张图片

上面的方向指的是从内核到用户还是从用户到内核,以用户作为第一人称
如果想要得到上面的表述某种功能的命名码,需要通过一些宏定义实现
#define _IOC(dir,type,nr,size) \
    (((dir)  << _IOC_DIRSHIFT) | \
     ((type) << _IOC_TYPESHIFT) | \
     ((nr)   << _IOC_NRSHIFT) | \
     ((size) << _IOC_SIZESHIFT))
  dir<<30|size<<16|type<<8|nr<<0   

#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))

//如果想要得到一个具有某种特定含义的功能码只需要_IO\_IOW\_IOR\_IOWR就可以得到
ex:以灯的开和关为例
#define LED_ON _IOW('a',1,int)
LED_ON  01 00000000000100 01100001 00000001
#define LED_OFF _IOW('a',0,int)
LED_OFF 01 00000000000100 01100001 00000000

相关API

自动创建设备节点相关API

#include 
1.向上提交目录
struct class *class_create(struct module *owner, const char *name)
功能:向上提交目录
参数:
owner:THIS_MODULE/和编译器相关的宏,这个宏是struct module类型,这个结构体
里面指定了入口和出口
name:目录名
返回值:成功返回目录结构体指针,失败返回指向错误码的指针(void *(-error)

关于错误码的解释:
 IS_ERR():根据地址区间的位置判断错误,IS_ERR判断目录所在的地址区间是否在最顶层的4K空间(预留空间)中,如果在就表示创建错误     
    static inline long __must_check IS_ERR(const void *ptr)
{
return IS_ERR_VALUE((unsigned long)ptr);
}
IS_ERR_VALUE(x) unlikely((x)//cls相对于0位置的偏移量) >= (unsigned long)-MAX_ERRNO)(//0XFFFFF000)

2.向上提交设备节点
struct device *device_create(struct class *class, struct device *parent,
     dev_t devt, void *drvdata, const char *fmt, ...)
功能:提交节点信息
参数:
class:class_create创建产生的句柄
parent:NULL
devt:设备号
    MKDEV(major,minor);//根据主设备号和次设备号得到设备号
    MAJOR(dev)//根据设备号得到主设备号
    MINOR(dev)//根据设备号得到次设备号
drvdata:NULL
fmt:节点名

3.销毁节点
void device_destroy(struct class *class, dev_t devt)
功能:销毁设备节点
参数:
class:class_create创建的句柄
devt:设备号

4.销毁目录
void class_destroy(struct class *cls)
功能:销毁目录
参数:目录指针(句柄)

ioctl的相关API

系统调用函数:
#include 

       int ioctl(int fd, unsigned long request, ...);
 功能:通过功能码实现设备的控制
 参数:
 fd:设备文件的文件描述符
 request:功能码
 ...:可以写参数,也可以不写,写参数的时候写地址
 返回值:成功返回0,失败返回错误码     
  An ioctl() request has encoded in it whether the argument is  an  in  parameter  or  out
       parameter, and the size of the argument argp in bytes.   
  
   
     struct file_operations {
   long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int cmd, unsigned long arg);
   //将应用层request传递给cmd,
   //将应用层的...传给arg
   }

代码实现

tim.c文件

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include"myled.h"
#define CNAME  "mytim"

int major;//定义变量接收主设备号
char kbuf[128]={};//定义数组用于存放和用户之间拷贝的数据
gpio_t *vir_tim1;
gpio_t *vir_tim4;
unsigned int *vir_rcc;
struct class *cls;//句柄
struct device *dev;
//对应的是open()
int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
      printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
      return 0;
}
//read()
ssize_t mycdev_read(struct file *file, char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff)
{
    //size参数是用户期待读到的字节长度
    int ret;
    if(size>sizeof(kbuf))
    size=sizeof(kbuf);
    ret=copy_to_user(ubuf,kbuf,size);
    if(ret)
    {
        printk("数据从内核向用户拷贝失败\n");
        return -EIO;
    }
     
       return size;
}
//write()
ssize_t mycdev_write(struct file *file, const char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff)
{
    int ret;
    if(size>sizeof(kbuf))
    size=sizeof(kbuf);
    ret=copy_from_user(kbuf,ubuf,size);
    if(ret)
    {
        printk("数据从内核向用户拷贝失败\n");
        return -EIO;
    }
    /*if(kbuf[0]=='1')//开灯
        vir_led1->ODR |= (1<<10);
    else if(kbuf[0]=='2')
        vir_led2->ODR |= (1 << 10);
    else if(kbuf[0]=='3')
       vir_led3->ODR |= (1 << 8);
    else//关灯
    {
        vir_led1->ODR &= ~(1<<10);
        vir_led2->ODR&= ~(1 << 10);
       vir_led3->ODR &= ~(1 << 8);
    }*/
       return size;
}
//close()
 long ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
 {
    int ret,which;
    switch(cmd)
    {
        case TimON:
            ret=copy_from_user(&which,(void *)arg,sizeof(int));
            if(ret)
            {
                printk("用户向内核拷贝数据失败\n");
                return -EIO;
            }
            switch(which)
            {
                case TIM1:
                 vir_tim1->ODR |= (1<<9);
                 break;
                case TIM4:
                 vir_tim4->ODR |= (1<<6);
                 break;
            }
            break;
        case TimOFF:
            ret=copy_from_user(&which,(void *)arg,sizeof(int));
            if(ret)
            {
                printk("用户向内核拷贝数据失败\n");
                return -EIO;
            }
            switch(which)
            {
				case TIM1:
                 vir_tim1->ODR &= ~(1<<9);
                 break;
                case TIM4:
                 vir_tim4->ODR &= ~(1<<6);
                 break;
            }
            break;
        default:
            printk("功能码错误\n");
            break;
    }
    return 0;
 }
int mycdev_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
      printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
       return 0;
}
//操作方法结构体的初始化
struct file_operations fops=
{
    .open=mycdev_open,
    .read=mycdev_read,
    .write=mycdev_write,
    .unlocked_ioctl=ioctl,
    .release=mycdev_close,
};
int all_tim_init(void)
{
    //进行物理地址的映射
    vir_rcc=ioremap(PHY_RCC_ADDR,4);
    if(vir_rcc==NULL)
    {
        printk("vir_rcc 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_rcc 映射成功\n");


    vir_tim1=ioremap(PHY_TIM1_ADDR,sizeof(gpio_t));
    if(vir_tim1==NULL)
    {
        printk("vir_tim1 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_tim1 映射成功\n");

    vir_tim4=ioremap(PHY_TIM4_ADDR,sizeof(gpio_t));
    if(vir_tim4==NULL)
    {
        printk("vir_tim4 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_tim4 映射成功\n");
    //寄存器的初始化

	//tim1
	vir_tim1->MODER &= ~(3<<18);
	vir_tim1->MODER |= (1<<18);
	vir_tim1->ODR &=~(1<<9);
	printk("____%d_\n",__LINE__);

	//tim4
	vir_tim4->MODER &= ~(3<<12);
	vir_tim4->MODER |= (1<<12);
	vir_tim1->ODR &=~(1<<6);
	printk("____%d_\n",__LINE__);
	//rcc
	(*vir_rcc) |= (1<<4);
	(*vir_rcc) |= (1<<1);
	printk("____%d_\n",__LINE__);

    return 0;
}
//入口函数,当驱动安装的时候执行
static int __init demo_init(void)
{
    
    //动态注册字符设备驱动
    major=register_chrdev(0,CNAME,&fops);
    if(major<0)
    {
        printk("字符设备驱动注册失败\n");
        return major;
    }
    printk("字符设备驱动注册成功major=%d\n",major);
    //向上提交节点目录
    cls=class_create(THIS_MODULE,"TIM");
    if(IS_ERR(cls))
    {
        printk("向上提交目录失败\n");
        return PTR_ERR(cls);
    }
     printk("向上提交目录成功\n");
     //创建设备节点
     dev=device_create(cls,NULL,MKDEV(major,0),NULL,"mytim");
     if(IS_ERR(dev))
     {
        printk("创建节点失败\n");
        return PTR_ERR(dev);
     }
     printk("创建节点成功\n");
    //寄存器的初始化
    all_tim_init();
   
    return 0;
}

//出口函数,卸载驱动的时候执行
static void __exit demo_exit(void)
{
    //销毁节点
    device_destroy(cls,MKDEV(major,0));
    //销毁目录
    class_destroy(cls);
    //取消映射
    iounmap(vir_tim1);
    iounmap(vir_tim4);
    iounmap(vir_rcc);

    //注销字符设备驱动
    unregister_chrdev(major,CNAME);
   
}
module_init(demo_init);
module_exit(demo_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

测试文件

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include"myled.h"
#define CNAME  "mytim"

int major;//定义变量接收主设备号
char kbuf[128]={};//定义数组用于存放和用户之间拷贝的数据
gpio_t *vir_tim1;
gpio_t *vir_tim4;
unsigned int *vir_rcc;
struct class *cls;//句柄
struct device *dev;
//对应的是open()
int mycdev_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
      printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
      return 0;
}
//read()
ssize_t mycdev_read(struct file *file, char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff)
{
    //size参数是用户期待读到的字节长度
    int ret;
    if(size>sizeof(kbuf))
    size=sizeof(kbuf);
    ret=copy_to_user(ubuf,kbuf,size);
    if(ret)
    {
        printk("数据从内核向用户拷贝失败\n");
        return -EIO;
    }
     
       return size;
}
//write()
ssize_t mycdev_write(struct file *file, const char __user *ubuf, size_t size, loff_t *loff)
{
    int ret;
    if(size>sizeof(kbuf))
    size=sizeof(kbuf);
    ret=copy_from_user(kbuf,ubuf,size);
    if(ret)
    {
        printk("数据从内核向用户拷贝失败\n");
        return -EIO;
    }
    /*if(kbuf[0]=='1')//开灯
        vir_led1->ODR |= (1<<10);
    else if(kbuf[0]=='2')
        vir_led2->ODR |= (1 << 10);
    else if(kbuf[0]=='3')
       vir_led3->ODR |= (1 << 8);
    else//关灯
    {
        vir_led1->ODR &= ~(1<<10);
        vir_led2->ODR&= ~(1 << 10);
       vir_led3->ODR &= ~(1 << 8);
    }*/
       return size;
}
//close()
 long ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
 {
    int ret,which;
    switch(cmd)
    {
        case TimON:
            ret=copy_from_user(&which,(void *)arg,sizeof(int));
            if(ret)
            {
                printk("用户向内核拷贝数据失败\n");
                return -EIO;
            }
            switch(which)
            {
                case TIM1:
                 vir_tim1->ODR |= (1<<9);
                 break;
                case TIM4:
                 vir_tim4->ODR |= (1<<6);
                 break;
            }
            break;
        case TimOFF:
            ret=copy_from_user(&which,(void *)arg,sizeof(int));
            if(ret)
            {
                printk("用户向内核拷贝数据失败\n");
                return -EIO;
            }
            switch(which)
            {
				case TIM1:
                 vir_tim1->ODR &= ~(1<<9);
                 break;
                case TIM4:
                 vir_tim4->ODR &= ~(1<<6);
                 break;
            }
            break;
        default:
            printk("功能码错误\n");
            break;
    }
    return 0;
 }
int mycdev_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
      printk("%s:%s:%d\n",__FILE__,__func__,__LINE__);
       return 0;
}
//操作方法结构体的初始化
struct file_operations fops=
{
    .open=mycdev_open,
    .read=mycdev_read,
    .write=mycdev_write,
    .unlocked_ioctl=ioctl,
    .release=mycdev_close,
};
int all_tim_init(void)
{
    //进行物理地址的映射
    vir_rcc=ioremap(PHY_RCC_ADDR,4);
    if(vir_rcc==NULL)
    {
        printk("vir_rcc 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_rcc 映射成功\n");


    vir_tim1=ioremap(PHY_TIM1_ADDR,sizeof(gpio_t));
    if(vir_tim1==NULL)
    {
        printk("vir_tim1 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_tim1 映射成功\n");

    vir_tim4=ioremap(PHY_TIM4_ADDR,sizeof(gpio_t));
    if(vir_tim4==NULL)
    {
        printk("vir_tim4 映射失败\n");
        return -ENOMEM;
    }
    printk("vir_tim4 映射成功\n");
    //寄存器的初始化

	//tim1
	vir_tim1->MODER &= ~(3<<18);
	vir_tim1->MODER |= (1<<18);
	vir_tim1->ODR &=~(1<<9);
	printk("____%d_\n",__LINE__);

	//tim4
	vir_tim4->MODER &= ~(3<<12);
	vir_tim4->MODER |= (1<<12);
	vir_tim1->ODR &=~(1<<6);
	printk("____%d_\n",__LINE__);
	//rcc
	(*vir_rcc) |= (1<<4);
	(*vir_rcc) |= (1<<1);
	printk("____%d_\n",__LINE__);

    return 0;
}
//入口函数,当驱动安装的时候执行
static int __init demo_init(void)
{
    
    //动态注册字符设备驱动
    major=register_chrdev(0,CNAME,&fops);
    if(major<0)
    {
        printk("字符设备驱动注册失败\n");
        return major;
    }
    printk("字符设备驱动注册成功major=%d\n",major);
    //向上提交节点目录
    cls=class_create(THIS_MODULE,"TIM");
    if(IS_ERR(cls))
    {
        printk("向上提交目录失败\n");
        return PTR_ERR(cls);
    }
     printk("向上提交目录成功\n");
     //创建设备节点
     dev=device_create(cls,NULL,MKDEV(major,0),NULL,"mytim");
     if(IS_ERR(dev))
     {
        printk("创建节点失败\n");
        return PTR_ERR(dev);
     }
     printk("创建节点成功\n");
    //寄存器的初始化
    all_tim_init();
   
    return 0;
}

//出口函数,卸载驱动的时候执行
static void __exit demo_exit(void)
{
    //销毁节点
    device_destroy(cls,MKDEV(major,0));
    //销毁目录
    class_destroy(cls);
    //取消映射
    iounmap(vir_tim1);
    iounmap(vir_tim4);
    iounmap(vir_rcc);

    //注销字符设备驱动
    unregister_chrdev(major,CNAME);
   
}
module_init(demo_init);
module_exit(demo_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

tim.h

#ifndef __MYLED_H__
#define __MYLED_H__

    typedef struct{
        volatile unsigned int MODER;
        volatile unsigned int OTYPER;
        volatile unsigned int OSPEEDR;
        volatile unsigned int PUPDR;
        volatile unsigned int IDR;
        volatile unsigned int ODR;
        volatile unsigned int BSRR;
    }gpio_t;
    #define PHY_RCC_ADDR  0X50000A28 
	

    #define PHY_TIM1_ADDR  0X50006000
    #define PHY_TIM4_ADDR  0X50003000
	
    enum TIM
    {
		TIM1=1,
		TIM4
    };
#define TIM_ON _IO('a',1)
#define TIM_OFF _IO('a',0)
#define TimON _IOW('a',1,int)
#define TimOFF _IOW('a',0,int)

#endif

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