linux ioctl方法《Rice linux 学习开发》

Rice加饭

发布于 2022-05-09 21:12:48

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这篇文章来讲讲：ioctl的概念、函数的使用方法。

在之前的文章中，驱动程序都是使用read()和write()来操作设备，但是大部分的驱动程序还需要另外一种能力，就是通过设备驱动程序执行各种类型的硬件控制。比如：用户控件经常会请求设备锁门、弹出介质、报告错误信息、改变波特率或执行破坏等操作。这些操作通常是通过ioctl方法来实现。

用户空间：

ioctl系统调用函数原型：int ioctl(int fd,int cmd, ...);

其中：fd 使要操作的文件描述符

cmd：控制命令

...：可选参数，具体形式依赖于第二个参数cmd，因为有些控制命令需要参数，有些命令不需要参数。

内核驱动程序:

ioctl方法函数原型:int (*ioctl)(struct inode *inode,struct file *filp,unsigned intcmd,unsigned long arg);

参数inode和filp：和open方法的参数一样，表示文件节点和打开的file结构

参数cmd：由用户空间不经修改地传递进来

参数arg：使用户空间传递的整数值；如果用户空间的调用程序没有第三个参数，则驱动的arg参数为未定义状态。

其中ioctl方法中的cmd：

1需要选择对应不同命令的编号。

2为了防止对错误的设备使用正确的命令，命令号必须在系统范围内唯一。

3内核规定每一个命令号被分为4个位段，对于ARM来说，4个位段的含义分别是：

dr	sizes	type	number

在内核头文件<asm-generic/ioctl.h>中，

提供了一些宏来构造命令号：

_IO(type,nr):用于构造无参数的命令号

_IOR(type,nr,datetype):用于构造从驱动程序中读取数据的命令号

_IOW(type,nr,datatype):用于构造向驱动程序写入数据的命令号

_IORW(type,nr,datatype):用于构造双向传输的命令号

解开位字段的宏：

_IOC_DIR(cmd):获得传输方向位段的值

_IOC_WRITE应用层写数据掩码，_IOC_READ应用层读数据掩码

_IOC_TYPE(cmd):获得类型的值

_IOC_NR(cmd);获得编号的值

_IOC_SIZE(cmd):获得大小的值

例程实现：

首先需要定义头文件，用于定义命令编号，提供给内核和应用层使用。这里定义了两个编号，分别是读命令号，写命令号。

#ifndef __CMD_H
#define __CMD_H

#include <linux/ioctl.h>

#define BIN_TYPE 'f' 

#define BIN_SET _IOW(BIN_TYPE, 1, char)
#define BIN_GET _IOR(BIN_TYPE, 2, char)

#endif

驱动程序的实现：加入ioctl方法，并在将该方法注册到file_operations结构体中：

static long led_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
  switch(cmd)
  {
  case BIN_SET:
    copy_from_user(&gpio_val, (void __user *)arg, sizeof(char));
    GPIO_SET_PIN(GPF4, gpio_val);
    break;
  case BIN_GET:
    gpio_val = GPIO_GET_PIN(GPF4);
    copy_to_user((void __user *)arg, &gpio_val, sizeof(char));  
    break;
  }  
  return 0;
}
static struct file_operations leds_fops = {
  .owner   = THIS_MODULE,
  .open   = led_open,
  .ioctl   = led_ioctl,
};

应用层的实现：

#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>

#include "cmd.h"

#define file_name  "/dev/led"

int main(void)
{
  int fd;
  char val;
  fd = open(file_name, O_RDWR);
  if(fd < 0) {
    printf("error: can`t open %s", file_name);
    return 0;
  }

  val = 1;
  ioctl(fd,BIN_SET, &val);
  ioctl(fd, BIN_GET, &val);
  printf("ioctl: get val1 %d\n",val);

  val = 0;
  ioctl(fd, BIN_SET, &val);
  ioctl(fd, BIN_GET, &val);  
  printf("ioctl: get val2 %d\n",val);

  return 0;
}

实验结果：