linux 高级字符设备驱动 ioctl操作介绍例程分析实现【转】

转自：http://my.oschina.net/u/274829/blog/285014

1，ioctl介绍

ioctl控制设备读写数据以及关闭等。

用户空间函数原型：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，如cmd为修改波特率，那么....就表示波特率的值。如果cmd表示关闭，则不需要参数

内核函数原型

file_operations结构体里面long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);

ioctl命令段分为：类型，序号，传递方向，参数大小

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 ) type为命令类型如int， nr为序号

没有参数的命令
_IOR(type, nr, datatype)

从驱动中读数据，datatype 读的数据参数的类型

_IOW(type, nr, datatype)

写数据到驱动

_IOWR(type,nr, datatype)

读写数据

定义命令例子 #define MEM_IOC_MAGIC 'm' //定义幻数，因为命令类型type是8位的所以找个字符代替

#define MEM_IOCSET

_IOW(MEM_IOC_MAGIC,0,int) //命令去写一个 int型的数据

#define MEM_IOCGQSET

_IOR(MEM_IOC_MAGIC, 1, int)

2，ioctl命令使用时注意事项

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

再通过long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, 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。

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 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参数就等于sizeof(int)

内核读，写入用户空间，所以用户空间使用VERIFY_WRITE写验证用户内存是否可用。

Access_ok返回一个布尔值：1，是成功（存取没问题），失败，ioctr返回-EFAULT

3，ioctl实现例程

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#include <linux/module.h>

#include <linux/types.h>

#include <linux/fs.h>

#include <linux/errno.h>

#include <linux/mm.h>

#include <linux/sched.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/cdev.h>

#include <asm/io.h>

#include <asm/system.h>

#include <asm/uaccess.h>

#include "memdev.h"

static int mem_major = MEMDEV_MAJOR;

module_param(mem_major, int, S_IRUGO);

struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/

struct cdev cdev;

/*文件打开函数*/

int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)

{

struct mem_dev *dev;

/*获取次设备号*/

int num = MINOR(inode->i_rdev);

if (num >= MEMDEV_NR_DEVS)

return -ENODEV;

dev = &mem_devp[num];

/*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/

filp->private_data = dev;

return 0;

}

/*文件释放函数*/

int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)

{

return 0;

}

/*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;

}

/*文件操作结构体*/

static const struct file_operations mem_fops =

{

.owner = THIS_MODULE,

.open = mem_open,

.release = mem_release,

.ioctl = memdev_ioctl,

};

/*设备驱动模块加载函数*/

static int memdev_init(void)

{

int result;

int i;

dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);

/* 静态申请设备号*/

if (mem_major)

result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");

else /* 动态分配设备号 */

{

result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");

mem_major = MAJOR(devno);

}

if (result < 0)

return result;

/*初始化cdev结构*/

cdev_init(&cdev, &mem_fops);

cdev.owner = THIS_MODULE;

cdev.ops = &mem_fops;

/* 注册字符设备 */

cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);

/* 为设备描述结构分配内存*/

mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);

if (!mem_devp) /*申请失败*/

{

result = - ENOMEM;

goto fail_malloc;

}

memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));

/*为设备分配内存*/

for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++)

{

mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;

mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);

memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);

}

return 0;

fail_malloc:

unregister_chrdev_region(devno, 1);

return result;

}

/*模块卸载函数*/

static void memdev_exit(void)

{

cdev_del(&cdev); /*注销设备*/

kfree(mem_devp); /*释放设备结构体内存*/

unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/

}

MODULE_AUTHOR("David Xie");

MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(memdev_init);

module_exit(memdev_exit);

#ifndef _MEMDEV_H_

#define _MEMDEV_H_

#include <linux/ioctl.h>

#ifndef MEMDEV_MAJOR

#define MEMDEV_MAJOR 190 /*预设的mem的主设备号*/

#endif

#ifndef MEMDEV_NR_DEVS

#define MEMDEV_NR_DEVS 2 /*设备数*/

#endif

#ifndef MEMDEV_SIZE

#define MEMDEV_SIZE 4096

#endif

/*mem设备描述结构体*/

struct mem_dev

{

char *data;

unsigned long size;

};

/* 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)

#define MEMDEV_IOC_MAXNR 3

#endif /* _MEMDEV_H_ */

Makefile

ifneq ($(KERNELRELEASE),)

obj-m := memdev.o

else

KDIR := /forlinux/linux-3.0.1

all:

make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-

clean:

rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers modul*

endif

测试程序

#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;

}

1，ioctl介绍

ioctl控制设备读写数据以及关闭等。

用户空间函数原型：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，如cmd为修改波特率，那么....就表示波特率的值。如果cmd表示关闭，则不需要参数

内核函数原型

file_operations结构体里面long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);

ioctl命令段分为：类型，序号，传递方向，参数大小

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 ) type为命令类型如int， nr为序号

没有参数的命令
_IOR(type, nr, datatype)

从驱动中读数据，datatype 读的数据参数的类型

_IOW(type, nr, datatype)

写数据到驱动

_IOWR(type,nr, datatype)

读写数据

定义命令例子 #define MEM_IOC_MAGIC 'm' //定义幻数，因为命令类型type是8位的所以找个字符代替

#define MEM_IOCSET

_IOW(MEM_IOC_MAGIC,0,int) //命令去写一个 int型的数据

#define MEM_IOCGQSET

_IOR(MEM_IOC_MAGIC, 1, int)

2，ioctl命令使用时注意事项

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

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 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参数就等于sizeof(int)

内核读，写入用户空间，所以用户空间使用VERIFY_WRITE写验证用户内存是否可用。

Access_ok返回一个布尔值：1，是成功（存取没问题），失败，ioctr返回-EFAULT

3，ioctl实现例程

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#include <linux/module.h>

#include <linux/types.h>

#include <linux/fs.h>

#include <linux/errno.h>

#include <linux/mm.h>

#include <linux/sched.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/cdev.h>

#include <asm/io.h>

#include <asm/system.h>

#include <asm/uaccess.h>

#include "memdev.h"

static int mem_major = MEMDEV_MAJOR;

module_param(mem_major, int, S_IRUGO);

struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/

struct cdev cdev;

/*文件打开函数*/

int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)

{

struct mem_dev *dev;

/*获取次设备号*/

int num = MINOR(inode->i_rdev);

if (num >= MEMDEV_NR_DEVS)

return -ENODEV;

dev = &mem_devp[num];

/*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/

filp->private_data = dev;

return 0;

}

/*文件释放函数*/

int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)

{

return 0;

}

/*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;

}

/*文件操作结构体*/

static const struct file_operations mem_fops =

{

.owner = THIS_MODULE,

.open = mem_open,

.release = mem_release,

.ioctl = memdev_ioctl,

};

/*设备驱动模块加载函数*/

static int memdev_init(void)

{

int result;

int i;

dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);

/* 静态申请设备号*/

if (mem_major)

result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");

else /* 动态分配设备号 */

{

result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");

mem_major = MAJOR(devno);

}

if (result < 0)

return result;

/*初始化cdev结构*/

cdev_init(&cdev, &mem_fops);

cdev.owner = THIS_MODULE;

cdev.ops = &mem_fops;

/* 注册字符设备 */

cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);

/* 为设备描述结构分配内存*/

mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);

if (!mem_devp) /*申请失败*/

{

result = - ENOMEM;

goto fail_malloc;

}

memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));

/*为设备分配内存*/

for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++)

{

mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;

mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);

memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);

}

return 0;

fail_malloc:

unregister_chrdev_region(devno, 1);

return result;

}

/*模块卸载函数*/

static void memdev_exit(void)

{

cdev_del(&cdev); /*注销设备*/

kfree(mem_devp); /*释放设备结构体内存*/

unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/

}

MODULE_AUTHOR("David Xie");

MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(memdev_init);

module_exit(memdev_exit);

#ifndef _MEMDEV_H_

#define _MEMDEV_H_

#include <linux/ioctl.h>

#ifndef MEMDEV_MAJOR

#define MEMDEV_MAJOR 190 /*预设的mem的主设备号*/

#endif

#ifndef MEMDEV_NR_DEVS

#define MEMDEV_NR_DEVS 2 /*设备数*/

#endif

#ifndef MEMDEV_SIZE

#define MEMDEV_SIZE 4096

#endif

/*mem设备描述结构体*/

struct mem_dev

{

char *data;

unsigned long size;

};

/* 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)

#define MEMDEV_IOC_MAXNR 3

#endif /* _MEMDEV_H_ */

Makefile

ifneq ($(KERNELRELEASE),)

obj-m := memdev.o

else

KDIR := /forlinux/linux-3.0.1

all:

make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-

clean:

rm -f *.ko *.o *.mod.o *.mod.c *.symvers modul*

endif

测试程序

#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;

}