ioctl

在驱动程序里， ioctl() 函数上传送的变量 cmd 是应用程序用于区别设备驱动程序请求处理内容的值。

cmd除了可区别数字外，还包含有助于处理的几种相应信息。

cmd的大小为 32位，共分 4 个域：

1.bit31~bit30 2位为 “区别读写” 区，作用是区分是读取命令还是写入命令。

-----> _IOC_DIR    :  获取读写属性域值 (bit30 ~ bit31)

2.bit29~bit16 14位为 "数据大小" 区，表示 ioctl() 中的 arg 变量传送的内存大小。

-----> _IOC_SIZE  :  读取数据大小域值 (bit16 ~ bit29)

3.bit15~bit08  8位为 “魔数"(也称为"幻数")区，这个值用以与其它设备驱动程序的 ioctl 命令进行区别。

-----> _IOC_TYPE :  读取魔数域值 (bit8 ~ bit15)

4.bit07~bit00   8位为 "区别序号" 区，是区分命令的命令顺序序号。

-----> _IOC_NR()  :  读取基数域值 (bit0~ bit7)

像命令码中的 “区分读写区” 里的值可能是 _IOC_NONE （0值）表示无数据传输，_IOC_READ (读)， _IOC_WRITE (写) ，
_IOC_READ|_IOC_WRITE (双向)。

内核定义了 _IO() , _IOR() , IOW() 和 _IOWR() 这 4 个宏来辅助生成上面的 cmd 。下面分析 _IO() 的实现，其它的类似。

在 asm-generic/ioctl.h 里可以看到 _IO() 的定义：
#define _IO(type,nr)       
_IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)

再看 _IOC() 的定义：
#define _IOC(dir,type,nr,size) \
    (((dir)  <<
_IOC_DIRSHIFT) | \
     ((type) << _IOC_TYPESHIFT) | \
     ((nr)  
<< _IOC_NRSHIFT) | \
     ((size) << _IOC_SIZESHIFT))

可见，_IO() 的最后结果由 _IOC() 中的 4 个参数移位组合而成。

再看 _IOC_DIRSHIT 的定义：
#define _IOC_DIRSHIFT   
(_IOC_SIZESHIFT+_IOC_SIZEBITS)

_IOC_SIZESHIFT 的定义：
#define _IOC_SIZESHIFT   
(_IOC_TYPESHIFT+_IOC_TYPEBITS)

_IOC_TYPESHIF 的定义：
#define _IOC_TYPESHIFT   
(_IOC_NRSHIFT+_IOC_NRBITS)

_IOC_NRSHIFT 的定义：
#define _IOC_NRSHIFT    0

_IOC_NRBITS 的定义：
#define _IOC_NRBITS    8

_IOC_TYPEBITS 的定义：
#define _IOC_TYPEBITS    8

由上面的定义，往上推得到：

引用
    _IOC_TYPESHIFT = 8

_IOC_SIZESHIFT = 16

_IOC_DIRSHIFT = 30

所以，(dir)  << _IOC_DIRSHIFT) 表是 dir 往左移 30 位，即移到 bit31~bit30
两位上，得到方向(读写)的属性；
            (size) << _IOC_SIZESHIFT) 位左移 16
位得到“数据大小”区；
            (type) << _IOC_TYPESHIFT) 左移 8位得到"魔数区"
；
           (nr)   << _IOC_NRSHIFT)      左移 0 位( bit7~bit0) 。

这样，就得到了 _IO() 的宏值。

这几个宏的使用格式为：

* _IO (魔数， 基数);
    * _IOR (魔数， 基数， 变量型)
    * _IOW  (魔数， 基数，
变量型)
    * _IOWR (魔数， 基数，变量型 )

魔数 (magic number)
魔数范围为 0~255 。通常，用英文字符 "A" ~ "Z" 或者 "a" ~ "z"
来表示。设备驱动程序从传递进来的命令获取魔数，然后与自身处理的魔数想比较，如果相同则处理，不同则不处理。魔数是拒绝误使用的初步辅助状态。

设备驱动程序可以通过 _IOC_TYPE (cmd) 来获取魔数。不同的设备驱动程序最好设置不同的魔数，但并不是要求绝对，也是可以使用其他设备驱动程序已用过的魔数。

基(序列号)数
基数用于区别各种命令。通常，从 0开始递增，相同设备驱动程序上可以重复使用该值。例如，读取和写入命令中使用了相同的基数，设备驱动程序也能分辨出来，原因在于设备驱动程序区分命令时使用 switch ，且直接使用命令变量 cmd值。创建命令的宏生成的值由多个域组合而成，所以即使是相同的基数，也会判断为不同的命令。设备驱动程序想要从命令中获取该基数，就使用下面的宏：
_IOC_NR
(cmd)
通常，switch 中的 case 值使用的是命令的本身。

变量型
变量型使用 arg 变量指定传送的数据大小，但是不直接代入输入，而是代入变量或者是变量的类型，原因是在使用宏创建命令，已经包含了
sizeof() 编译命令。比如 _IOR() 宏的定义是：

引用
    #define _IOR(type,nr,size)   
_IOC(_IOC_READ,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))

而 _IOC_TYPECHECK() 的定义正是：

引用
    #define _IOC_TYPECHECK(t) (sizeof(t))

设备驱动程序想要从传送的命令获取相应的值，就要使用下列宏函数：
_IOC_SIZE(cmd)

_IO 宏
该宏函数没有可传送的变量，只是用于传送命令。例如如下约定：

引用
    #define TEST_DRV_RESET _IO ('Q', 0)

此时，省略由应用程序传送的 arg 变量或者代入 0 。在应用程序中使用该宏时，比如：

ioctl (dev, TEST_DEV_RESET, 0)   或者  ioctl (dev, TEST_DRV_RESET) 。

这是因为变量的有效因素是可变因素。只作为命令使用时，没有必要判断出设备上数据的输出或输入。因此，设备驱动程序没有必要执行设备文件大开选项的相关处理。

_IOR 宏
该函数用于创建从设备读取数据的命令，例如可如下约定：

引用
    #define TEST_DEV_READ  _IRQ('Q', 1, int)

这说明应用程序从设备读取数据的大小为 int 。下面宏用于判断传送到设备驱动程序的 cmd 命令的读写状态：
_IOC_DIR
(cmd)

运行该宏时，返回值的类型如下：

* _IOC_NONE                            : 无属性，没有数据传输
    *
_IOC_READ                            : 可读属性，从系统到用户空间
    *
_IOC_WRITE                           : 可写属性，从用户空间到系统
    * _IOC_READ |
_IOC_WRITE               : 可读，可写属性，数据在2个方向被传送

使用该命令时，应用程序的 ioctl() 的 arg 变量值指定设备驱动程序上读取数据时的缓存(结构体)地址。

_IOW 宏
用于创建设备上写入数据的命令，其余内容与 _IOR 相同。通常，使用该命令时，ioctl() 的 arg
变量值指定设备驱动程序上写入数据时的缓存(结构体)地址。

_IOWR 宏
用于创建设备上读写数据的命令。其余内容与 _IOR 相同。通常，使用该命令时，ioctl() 的 arg
变量值指定设备驱动程序上写入或读取数据时的缓存 (结构体) 地址。

_IOR() , _IOW(), IORW() 的定义：
#define _IOR(type,nr,size)   
_IOC(_IOC_READ,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
#define
_IOW(type,nr,size)   
_IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
#define
_IOWR(type,nr,size)   
_IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))

命令号相关操作:
_IO(type,nr):  创建没有参数的命令
_IOR(type, nre, datatype): 
创建从驱动中读数据的命令
_IOW(type,nr,datatype):  创建写数据的命令
_IOWR(type,nr,datatype): 
创建双向传送的命令
_IOC_TYPE(cmd): 得到magic number
_IOC_NR(cmd):
得到顺序号
_IOC_DIR(cmd):  得到传送方向
_IOC_SIZE(cmd):  得到参数大小