http://www.cnblogs.com/noaming1900/archive/2010/10/20/1856581.html2010 序言
設(shè)備驅(qū)動程序的一個基本功能就是管理和控制設(shè)備，同時為用戶應(yīng)用程序提供管理和控制設(shè)備的接口。我們前面的“Hello World”驅(qū)動程序已經(jīng)可以提供讀寫功能了，在這里我們將擴展我們的驅(qū)動以支持設(shè)備控制接口，在Linux中這個接口是通過ioctl函數(shù)來實現(xiàn)的。
設(shè)備控制接口（ioctl 函數(shù)）
回想一下我們在字符設(shè)備驅(qū)動中介紹的struct file_operations 結(jié)構(gòu)，這里我們將介紹一個新的方法：
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int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);
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這是驅(qū)動程序設(shè)備控制接口函數(shù)（ioctl函數(shù)）的內(nèi)核原型定義，struct inode * 和struct file* 描述了操作的文件，unsigned int 描述了ioctl命令號，這是一個重要的參數(shù)，我們稍后會對它做詳細介紹。最后一個參數(shù)是unsigned long數(shù)據(jù)類型，描述了ioctl命令可能帶有的參數(shù)，它可能是一個整數(shù)或指針數(shù)據(jù)。
ioctl命令號是這個函數(shù)中最重要的參數(shù)，它描述的ioctl要處理的命令。Linux中使用一個32位的數(shù)據(jù)來編碼ioctl命令，它包含四個部分：dir：type：nr：size。
代表數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆较?，?位，可以是_IOC_NONE（無數(shù)據(jù)傳輸，0U），_IOC_WRITE（向設(shè)備寫數(shù)據(jù)，1U）或_IOC_READ（從設(shè)備讀數(shù)據(jù)，2U）或他們的邏輯或組合，當然只有_IOC_WRITE和_IOC_READ的邏輯或才有意義。
描述了ioctl命令的類型，8位。每種設(shè)備或系統(tǒng)都可以指定自己的一個類型號，ioctl用這個類型來表示ioctl命令所屬的設(shè)備或驅(qū)動。一般用ASCII碼字符來表示，如 'a'。
ioctl命令序號，一般8位。對于一個指定的設(shè)備驅(qū)動，可以對它的ioctl命令做一個順序編碼，一般從零開始，這個編碼就是ioctl命令的序號。
ioctl命令的參數(shù)大小，一般14位。ioctl命令號的這個數(shù)據(jù)成員不是強制使用的，你可以不使用它，但是我們建議你指定這個數(shù)據(jù)成員，通過它我們可以檢查用戶空間數(shù)據(jù)的大小以避免錯誤的數(shù)據(jù)操作，也可以實現(xiàn)兼容舊版本的ioctl命令。
我們可以自己來直接指定一個ioctl命令號，它可能僅僅是一個整數(shù)集，但Linux中的ioctl命令號都是有特定含義的，因此通常我們不推薦這么做。其實Linux內(nèi)核已經(jīng)提供了相應(yīng)的宏來自動生成ioctl命令號：
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_IO(type,nr)
_IOR(type,nr,size)
_IOW(type,nr,size)
_IOWR(type,nr,size)
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宏_IO用于無數(shù)據(jù)傳輸，宏_IOR用于從設(shè)備讀數(shù)據(jù)，宏 _IOW用于向設(shè)備寫數(shù)據(jù)，宏_IOWR用于同時有讀寫數(shù)據(jù)的IOCTL命令。相對的，Linux內(nèi)核也提供了相應(yīng)的宏來從ioctl命令號種解碼相應(yīng)的域值：
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_IOC_DIR(nr)
_IOC_TYPE(nr)
_IOC_NR(nr)
_IOC_SIZE(nr)
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這些宏都定義在<asm/ioctl.h>頭文件中（一般在<asm-generic.h>頭文件中）。一般在使用中，先指定各個IOCTL命令的順序編號（一般從0開始），然后根據(jù)使用的環(huán)境用這些宏來自動生成IOCTL命令號，在后面的例子中你可以了解實際的使用場景。
ioctl函數(shù)的返回值是一個整數(shù)類型的值，如果命令執(zhí)行成功，ioctl返回零，如果出現(xiàn)錯誤，ioctl函數(shù)應(yīng)該返回一個負值。這個負值會作為errno值反饋給調(diào)用此ioctl的用戶空間程序。關(guān)于返回值的具體含義，請參考<linux/errno.h>和<asm/errno.h>頭文件。
這里有必要說明一下ioctl命令的參數(shù)，因為它很容易犯錯誤。如果ioctl命令參數(shù)僅僅是一個整數(shù)，那么事情很簡單了，我們可以在ioctl函數(shù)中直接使用它。但如果它是一個指針數(shù)據(jù)，那么使用上就要小心了。首先要說明這個參數(shù)是有用戶空間的程序傳遞過來的，因此這個指針指向的地址是用戶空間地址，在Linux中，用戶空間地址是一個虛擬地址，在內(nèi)核空間是無法直接使用它的。為了解決在內(nèi)核空間使用用戶空間地址的數(shù)據(jù)，Linux內(nèi)核提供了以下函數(shù)，它們用于在內(nèi)核空間訪問用戶空間的數(shù)據(jù)，定義在<asm/uaccess.h>頭文件中：
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unsigned long __must_check copy_to_user(void __user *to,
const void *from, unsigned long n);
unsigned long __must_check copy_from_user(void *to,
const void __user *from, unsigned long n);
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copy_from_user和copy_to_user一般用于復(fù)雜的或大數(shù)據(jù)交換，對于簡單的數(shù)據(jù)類型，如int或char，內(nèi)核提供了簡單的宏來實現(xiàn)這個功能：
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#define get_user(x,ptr)
#define put_user(x,ptr)
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其中，x是內(nèi)核空間的簡單數(shù)據(jù)類型地址，ptr是用戶空間地址指針。 我們需要牢記：在內(nèi)核中是無法直接訪問用戶空間地址數(shù)據(jù)的。因此凡是從用戶空間傳遞過來的指針數(shù)據(jù)，務(wù)必使用內(nèi)核提供的函數(shù)來訪問它們。
這里有必要再一次強調(diào)的是，在內(nèi)核模塊或驅(qū)動程序的編寫中，我們強烈建議你使用內(nèi)核提供的接口來生成并操作ioctl命令號，這樣可以對命令號賦予特定的含義，使我們的程序更加的健壯；另一方面也可以提高程序的可移植性。
舉例
好了，是時候舉個例子了。我們將擴展我們的helloworld驅(qū)動添加ioctl函數(shù)。
首先，我們添加一個頭文件來定義ioctl接口需要用到的數(shù)據(jù)（hello.h）：
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#ifndef _HELLO_H
#define _HELLO_H
#include <asm/ioctl.h>
#define MAXBUF 20
typedef struct _buf_data{
int size;
char data [MAXBUF];
}buf_data;
#define HELLO_IOCTL_NR_BASE 0
#define HELLO_IOCTL_NR_SET_DATA (HELLO_IOCTL_NR_BASE + 1)
#define HELLO_IOCTL_NR_MAX (HELLO_IOCTL_NR_GET_BUFF + 1)
#define HELLO_IOCTL_SET_DATA _IOR('h', HELLO_IOCTL_NR_SET_DATA, buf_data*)
#endif
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然后為我們的驅(qū)動程序添加ioctl接口hello_ioctl，并實現(xiàn)這個函數(shù)：
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static int hello_ioctl (struct inode *inode, struct file *filp,
unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
int cmd_nr;
int err;
buf_data buff;
err = 0;
cmd_nr = _IOC_NR (cmd);
switch (cmd_nr){
case HELLO_IOCTL_NR_SET_DATA:
if (copy_from_user(&buff, (unsigned char *)arg, sizeof(buf_data)))
{
err = -ENOMEM;
goto error;
}
memset(hello_buf, 0, sizeof(hello_buf));
memcpy(hello_buf, buff.data, buff.size);
break;
default:
printk("hello_ioctl: Unknown ioctl command (%d)\n", cmd);
break;
}
error:
return err;
}
static struct file_operations hello_fops = {
.read = hello_read,
.write = hello_write,
.open = hello_open,
.ioctl = hello_ioctl,
.release = hello_release,
};
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后記
到這里我們已經(jīng)向您展示了Linux內(nèi)核驅(qū)動程序的設(shè)備控制接口（ioctl接口），詳細的介紹了它的使用，并給出了一個實際的例子，盡管它很簡單，但已經(jīng)足夠了。到這里你可以寫出一個標準的Linux驅(qū)動程序了。不過這里還有個問題，那就是我們不得不從/proc/devices文件里讀取設(shè)備號然后手動創(chuàng)建設(shè)備節(jié)點。我們是否可以讓系統(tǒng)自動的創(chuàng)建這個設(shè)備節(jié)點文件呢？當然可以。不過在那之前，我們必須深入了解Linux的設(shè)備驅(qū)動模型。后面的章節(jié)我們就詳細的介紹Linux的設(shè)備驅(qū)動模型及Hotplug機制。
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