大部分驱动除了需要具备读写设备的能力外,还需要具备对硬件控制的能力。例如,要求设备报告错误信息,改变波特率,这些操作常常通过ioctl方法来实现。
在用户空间打开一个设备, 如I/O设备可用open()打开,网络协议可用socket()打开等,获取一个文件描述符后,就可以在这个描述符上调用ioctl()来向内核交换数据。
要定义自己的ioctl操作,可以有两个方式,一种是在现有的内核代码中直接添加相关代码进行支持,比如想通过socket描述符进行 ioctl操作,可在net/ipv4/af_inet.c中的inet_ioctl()函数中添加自己定义的命令和相关的处理函数,重新编译内核即可, 不过这种方法一般不推荐;第二种方法是定义自己的内核设备,通过设备的ioctl()来操作,可以编成模块,这样不影响原有的内核,这是最通常的做法。
◇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,unsigned long cmd,...)
原型中的点表示这是一个可选的参数,存在与否依赖于控制命令(第二个参数)是否涉及到与设备的数据交互,如果cmd命令不涉及数据传输则第3 个参数arg的值无任何意义.
◇驱动ioctl方法:
ioctl(I/O control)驱动方法有和用户空间版本不同的原型:
/*2.6.36版本以前:*/
int(*ioctl)(struct inode *inode,struct file *filp,unsigned int cmd,unsigned long arg)
/*2.6.36版本以后:*/
long(*unlocked_ioctl)(struct file *filp,unsigned int cmd,unsigned long arg);
*inode是物理信息,*filp对应一个打开的文件(照写),cmd参数从用户空间传下来,可选参数arg以一个unsigned long的形式传递,不管它是一个整数或一个指针,如果cmd命令不涉及数据传输,则第三个参数arg的值无任何意义。
◇ioctl实现步骤:
1. 定义命令:
在编写unlock_ioctl代码之前,首先需要定义命令:int ioctl(int fd, int cmd, void *data)
第一个参数是文件描述符;第三个参数是数据起始位置指针;第二个参数cmd是操作命令,一般分为GET、SET以及其他类型命令,GET是用户空间进程从内核读数据,SET是用户空间进程向内核写数据,cmd虽然是一个整数,但是有一定的参数格式的,为了防止对错误的设备使用正确的命令,命令号应该在系统范围内是唯一的。ioctl命令参数是个32位整数,分为四部分,dir(2b) size(14b) type(8b) nr(8b) ,分别代表:传递方向,参数的大小,类型(幻数),序号。使用如_IOC_NR(cmd)来获取命令的序号参数。
详细定义cmd要包括这4个部分时可使用宏_IOC(dir,type,nr,size)来定义,而最简单情况下使用_IO(type, nr)来定义就可以了,这些宏都在include/asm/ioctl.h中定义
i。Documentation/ioctl-number.txt文件中罗列了在内核中已经使用了的幻数。
定义ioctl命令的正确方法是使用4个位段,这个列表中介绍的符号定义在<linux/ioctl.h>中:
◇Type:幻数(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:数据传送的方向,可能的值是_IOC_NONE(没有数据传输), _IOC_READ,_IOC_WRITE。数据传送是从应用程序的观点来看待的,_IOC_READ意思是从设备读。
◇Size:用户数据的大小。(13/14位宽,视处理器而定)
内核提供了下列宏来帮助定义命令:(nr:序号)
◎_IO(type,nr):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,type和number作为参数传递。
范例:
#define MEM_IOC_MAGIC 'm' //定义幻数
#define MEM_IOCSET _IOW(MEM_IOC_MAGIC,0,int)
#define MEM_IOCGQSET _IOR(MEM_IOC_MAGIC,1,int)
2. Ioctl函数实现:
定义好了命令,下一步就是要实现unlock_ioctl函数了,unlock_ioctl函数的实现包括如下3个技术环节:
1) 返回值:
unlock_ioctl函数的实现通常是根据命令执行的一个switch语句。但是,当命令号不能匹配任何一个设备所支持的命令时,通常返回-EINVAL(“非法参数”)。
2) 参数使用:
如何使用unlock_ioctl中的参数arg?如果是一个整数,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,因此使用前需进行正确的检查。
不需要检查:copy_from_user、copy_to_user、get_user、put_user
需要检查:__get_user、__put_user
参数检查:
int access_ok(int type,const void *addr,unsigned long size)
第一个参数是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(存取有问题),如果该函数返回失败,则Ioctl应当返回-EFAULT。
Ioctl驱动实现代码:
/* 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) /*IO操作*/ intmemdev_ioctl(structinode*inode,structfile*filp,unsignedintcmd,unsignedlongarg) { interr = 0; intret = 0; intioarg = 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)); elseif(_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*/ caseMEMDEV_IOCPRINT: printk("<--- CMD MEMDEV_IOCPRINT Done--->\n\n"); break; /*获取参数*/ caseMEMDEV_IOCGETDATA: ioarg = 1101; ret = __put_user(ioarg,(int*)arg); break; /*设置参数*/ caseMEMDEV_IOCSETDATA: ret = __get_user(ioarg,(int*)arg); printk("<--- In Kernel MEMDEV_IOCSETDATA ioarg = %d --->\n\n",ioarg); break; default: return -EINVAL; } return ret; }
============================
简单实现思路:
在app.c和driver.c都定义如下命令:
#define FB_CTRL_CMD_INIT _IOW('v', 3, int)
driver.c中:
static long fb_ctrl_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
switch (cmd) {
case FB_CTRL_CMD_INIT:
fb_ctrl_io_cfg();
break;
case ...
}
并在操作函数结构体中指定:
static struct file_operations fb_ctrl_fops = {
.unlocked_ioctl = fb_ctrl_ioctl,
};
app.c:
int fd = open("/dev/fb_ctrl", O_RDWR);
int flag = 0;
ioctl(fd, FB_CTRL_CMD_INIT, &flag);
即可在app.c中向驱动读写数据