linux驅動 ioctl函式解析

乙個字元裝置驅動會實現常規的開啟、關閉、讀、寫等功能，但是在一些細分的情景下，如果需要擴充套件新功能，通常以增設ioctl()命令的方式實現，其作用類似於「拾遺補漏」。在檔案i/o中，ioctl扮演著重要角色，本文將以驅動開發為側重點，從使用者空間到核心空間縱向分析ioctl函式。

在man手冊中描述ioctl函式的作用是:操作特殊檔案的底層裝置引數。

long
(*unlocked_ioctl)
(struct file *
,unsigned
int,
unsigned
long);
long
(*compat_ioctl)
(struct file *
,unsigned
int,
unsigned
long
);

在驅動程式中，ioctl()函式上傳送的變數cmd是應用程式用於區別裝置驅動程式請求處理內容的值，cmd除了可區別數字外，還包含有助於處理的幾種相應資訊。cmd的大小為32位，共分為4個域

在asm-generic/ioctl.h裡有如下定義

#define _io(type,nr) _ioc(_ioc_none,(type),(nr),0)

再看__ioc()的定義：

#define _ioc(dir,type,nr,size) \
(((dir)  << _ioc_dirshift) | \
((type) << _ioc_typeshift) | \
((nr)   << _ioc_nrshift) | \
((size) << _ioc_sizeshift))

可見，__io()的最後結果由__ioc()中的4個引數移位組合而成。

#define _ioc_dirshift (_ioc_sizeshift+_ioc_sizebits) #define _ioc_sizeshift (_ioc_typeshift+_ioc_typebits) #define _ioc_sizebits 14 #define _ioc_typeshift (_ioc_nrshift+_ioc_nrbits) #define _ioc_typebits 8 #define _ioc_nrshift 0 #define _ioc_nrbits 8

所以可以得到
_ioc_dirshift = _ioc_sizeshift + 14 = (_ioc_typeshift+_ioc_typebits) + 14
= (_ioc_nrshift+_ioc_nrbits + 8) +14
= 0 + 8 + 8 +14
= 30
_ioc_typeshift = (_ioc_nrshift+_ioc_nrbits) = 0 + 8 = 8
_ioc_nrshift = 0
_ioc_sizeshift = (_ioc_typeshift+_ioc_typebits) = (_ioc_nrshift+_ioc_nrbits) + 8
= 0 + 8 + 8
= 16
所以，(dir) << _ioc_dirshift表示dir左移30位，得到bit31 ~ bit30兩位上，得到方向(讀寫)的屬性
(size) << _ioc_sizeshift) 位左移 16 位得到「資料大小」區；
(type) << _ioc_typeshift) 左移 8位得到"魔數區" ；
(nr)   << _ioc_nrshift)   左移 0 位( bit7~bit0)
在asm-generic/ioctl.h中還有如下巨集定義
//構造無引數的命令編號
#define _io(type,nr)		_ioc(_ioc_none,(type),(nr),0)
//構造從驅動程式中讀取資料命令編號
#define _ior(type,nr,size)	_ioc(_ioc_read,(type),(nr),(_ioc_typecheck(size)))
//構造從驅動程式中寫入資料
#define _iow(type,nr,size)	_ioc(_ioc_write,(type),(nr),(_ioc_typecheck(size)))
//用於雙向傳輸
#define _iowr(type,nr,size)	_ioc(_ioc_read|_ioc_write,(type),(nr),(_ioc_typecheck(size)))

dir(direction)，ioctl命令訪問模式（資料傳輸方向），佔據2bit，可以為_ioc_none、_ioc_read、_ioc_write _ioc_read | _ioc_write，分別指示了四種訪問模式：無資料、讀資料、寫資料、讀寫資料

type(device type)，裝置型別，佔據8bit，在一些文獻中翻譯為「幻數」或者「魔數」，可以為任意char型字元，例如『a』、『b』、『c』等等，其主要作用是使ioctl命令有唯一的裝置標識；

tips：documentions/ioctl-number.txt記錄了在核心中已經使用的「魔數」字元，為避免衝突，在自定義ioctl命令之前應該先查閱該文件

nr(number)，命令編號/序數，佔據8bit，可以為任意unsigned char型資料，取值範圍0~255，如果定義了多個ioctl命令，通常從0開始編號遞增；

size，涉及到ioctl第三個引數arg，佔據13bit或者14bit（體系相關，arm架構一般為14位），指定了arg的資料型別及長度,如果在驅動的ioctl實現中不檢查，通常可以忽略該引數。

核心空間

#define close_cmd       (_io(0xef,0x1))     
/*關閉定時器*/
#define open_cmd        (_io(0xef,0x2))     
/*開啟定時器*/
#define setperiod_cmd   (_io(0xef,0x3))     
/*設定定時器週期命令*/..
....
static
long
timer_unlocked_ioctl
(struct file *filp,
unsigned
int cmd,
unsigned
long arg)
return0;
}//裝置操作函式
static
struct file_operations timer_fops =
;

使用者空間

#include
"stdio.h"
#include
"unistd.h"
#include
"sys/types.h"
#include
"sys/stat.h"
#include
"fcntl.h"
#include
"stdlib.h"
#include
"string.h"
#include
"linux/ioctl.h"
/* 命令值 */
#define close_cmd (_io(0xef, 0x1)) 
/* 關閉定時器 */
#define open_cmd (_io(0xef, 0x2)) 
/* 開啟定時器 */
#define setperiod_cmd (_io(0xef, 0x3)) 
/* 設定定時器週期命令 */
intmain
(int argc,
char
*ar**)
filename = ar**[1]
;    fd =
open
(filename,o_rdwr);if
(fd <0)
while(1
)if(cmd ==1)
/* 關閉 led 燈 */
cmd = close_cmd;
else
if(cmd ==2)
/* 開啟 led 燈 */
cmd = open_cmd;
else
if(cmd ==3)
}ioctl
(fd, cmd, arg)
;/* 控制定時器的開啟和關閉 */
}close
(fd)
;}

linux驅動 ioctl函式解析

linux驅動中的ioctl函式

linux驅動 ioctl介面

linux如何通過ioctl呼叫驅動的

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