高级字符设备驱动-Ioctl设备控制笔记

 

用户使用方法

在用户空间,使用ioctl系统调用来控制设备,原型如下:

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

驱动使用方法

原型:

int (*ioctl)(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)

*inode-物理上的设备信息,如设备号

*filp-对应是打开的文件的信息,如读写位置

cmd-是用户空间传下来的对设备的发出的控制命令

arg-若用户使用时第三个参数没有,这个参数没有任何意义

如何实现ioctl方法?

步骤:

1)定义命令

Include/asm/ioctl.h中定义了这些位字段:类型、序号、传送方向、参数大小 

Documentation/ioctl-number.txt文件中罗列了在内核中已经使用了的类型。

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 )     nr为序号,datatype为数据类型  如int

没有参数的命令

_IOR(type, nr, datatype)  

从驱动中读数据

_IOW(type, nr, datatype)

写数据到驱动

_IOWR(type,nr, datatype)

双向传送,typenumber成员作为参数传递

定义命令例子  #define MEM_IOC_MAGIC 'm'  //定义类型

#define MEM_IOCSET

_IOW(MEM_IOC_MAGIC,0,int)

#define MEM_IOCGQSET

_IOR(MEM_IOC_MAGIC, 1, int)

 

2)实现命令

定义好了命令,下一步就是要实现ioctl函数了

1)返回值

2)参数使用

3)命令操作

Ioctl函数实现(返回值)

Ioctl函数根据命令执行的一个switch语句

但是当命令不能匹配任何一个命令时,通常返回-EINVAL(非法参数)

Ioctl函数实现(参数)

用户使用int ioctl(int fd,unsinged long cmd,...)时,...就是要传递的参数

再通过int (*ioctl)(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, 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。

Ioctl函数实现(参数检查)

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 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)

Access_ok返回一个布尔值:1,是成功(存取没问题)

0,是失败,ioctr返回-EFAULT

Ioctl函数实现(命令操作)

Switch(cmd)

{

Case

}

 

驱动程序代码:
/* 定义幻数 */
#define MEMDEV_IOC_MAGIC  'k'

/* 定义命令 */
#define MEMDEV_IOCPRINT   _IO(MEMDEV_IOC_MAGIC, 1)  //没参数
#define MEMDEV_IOCGETDATA _IOR(MEMDEV_IOC_MAGIC, 2, int)  //读
#define MEMDEV_IOCSETDATA _IOW(MEMDEV_IOC_MAGIC, 3, int)  //写

#define MEMDEV_IOC_MAXNR 3

/*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;

}


 

驱动程序编译:

把驱动程序s3c2440_leds.c文件放到内核drivers/char子目录下,在drivers/char/Makefile中增加一句:

Obj-m  += s3c2440_leds.o

然后在内核根目录下执行“make modules”,就可以生成模块drivers/char/s3c2440_leds.ko

把它放到开发板根文件系统的/lib/modules/2.6.30.2/目录下,就可以使用insmod s3c2440_ledsrmmod s3c2440_leds 命令进行加载、卸载了。

测试程序代码:
#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;	
}


 

编译测试程序:

在所在目录Make 上面的程序,生成可执行程序led_test,把它放到开发板/usr/bin目录下后。

打开设备文件前要创建设备文件:

#mknod 设备文件名 设备类型 主设备号 次设备号

#mknod /dev/leds c 234 0

使用驱动程序:

根据led_test测试代码说明使用!

 

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