linux 高级字符设备驱动 ioctl操作介绍 例程分析实现
1，ioctl介绍
ioctl控制设备读写数据以及关闭等。
用户空间函数原型：int ioctl(int fd,unsinged long cmd,...)
fd-文件描述符
cmd-对设备的发出的控制命令
...表示这是一个可选的参数，存在与否依赖于cmd，如cmd为修改波特率，那么....就表示波特率的值。如果cmd表示关闭，则不需要参数
内核函数原型
file_operations结构体里面long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
ioctl命令段分为：类型，序号，传递方向，参数大小
Type 类型：表明哪个设备的命令，在参考了ioctl-number.txt之后选出，8位宽
Number 序号：表明设备命令中的第几个，8位宽
Direction 传送方向：可能的值是
_IOC_NONE(没数据传输)
_IOC_READ(从设备读)
_IOC_WRITE
Size 用户参数大小:（13/14位宽，视处理器而定）
内核提供了一些宏来帮助定义命令：
_IO(type, nr ) type为命令类型 如int， nr为序号
没有参数的命令
_IOR(type, nr, datatype)
从驱动中读数据，datatype 读的数据参数的类型
_IOW(type, nr, datatype)
写数据到驱动
_IOWR(type,nr, datatype)
读写数据
定义命令例子 #define MEM_IOC_MAGIC 'm' //定义幻数，因为命令类型type是8位的所以找个字符代替
#define MEM_IOCSET
_IOW(MEM_IOC_MAGIC,0,int) //命令 去写 一个 int型的数据
#define MEM_IOCGQSET
_IOR(MEM_IOC_MAGIC, 1, int)
2，ioctl命令使用时注意事项
用户使用int ioctl(int fd,unsinged long cmd,...)时，...就是要传递的参数
再通过long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long arg);中的arg传递,如果arg是一个整形，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解的检查。
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
使用int access_ok(int type, const void *addr, unsigned long size)检测
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参数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)
内核读，写入用户空间，所以用户空间使用VERIFY_WRITE写验证用户内存是否可用。
Access_ok返回一个布尔值：1，是成功（存取没问题），失败，ioctr返回-EFAULT
3，ioctl实现例程
#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>
#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;
return 0;
}
/*文件释放函数*/
int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}
/*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);
}
return 0;
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);
.h
#ifndef _MEMDEV_H_
#define _MEMDEV_H_
#include <linux/ioctl.h>
#ifndef MEMDEV_MAJOR
#define MEMDEV_MAJOR 190 /*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_ */
Makefile
ifneq ($(KERNELRELEASE),) obj-m := memdev.o else KDIR := /forlinux/linux-3.0.1 all: make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux- clean: rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers modul* endif
测试程序
#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()
{
int fd = 0;
int cmd;
int arg = 0;
char Buf[4096];
/*打开设备文件*/
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)
{
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);
return 0;
}