（4）-高级字符驱动程序操作（1）ioctl

大部分驱动需要 -- 除了读写设备的能力 -- 通过设备驱动进行各种硬件控制的能力. 大部分设备可进行超出简单的数据传输之外的操作; 用户空间必须常常能够请求, 例如, 设备锁上它的门, 弹出它的介质, 报告错误信息, 改变波特率, 或者自我销毁. 这些操作常常通过 ioctl 方法来支持, 它通过相同名子的系统调用来实现.

在用户空间, ioctl 系统调用有下面的原型:

int ioctl(int fd, unsigned long cmd, ...);

ioctl 驱动方法有和用户空间版本不同的原型:

int (*ioctl) (struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg);

inode 和 filp 指针是对应应用程序传递的文件描述符 fd 的值, 和传递给 open 方法的相同参数.

cmd 参数从用户那里不改变地传下来, 并且可选的参数 arg 参数以一个 unsigned long 的形式传递, 不管它是否由用户给定为一个整数或一个指针.

 

实现ioctl有两步

第一步：选择 ioctl 命令

为了防止向错误的设备使用正确的命令，命令号应该在系统范围内唯一。为方便程序员创建唯一的 ioctl 命令代号， 每个命令号被划分为多个位字段。要按 Linux 内核的约定方法为驱动选择 ioctl 的命令号, 应该首先看看 include/asm/ioctl.h 和 Documentation/ioctl-number.txt。 要使用的位字段符号定义在 :

type(幻数)：8 位宽(_IOC_TYPEBITS)，参考ioctl-number.txt选择一个数，并在整个驱动中使用它。

number（序数）：顺序编号，8 位宽(_IOC_NRBITS)。

direction（数据传送的方向）：可能的值是 _IOC_NONE(没有数据传输)、_IOC_READ、 _IOC_WRITE和 _IOC_READ|_IOC_WRITE (双向传输数据)。该字段是一个位掩码（两位）, 因此可使用 AND 操作来抽取_IOC_READ 和 _IOC_WRITE。

size（数据的大小）：宽度与体系结构有关,ARM为14位.可在宏 _IOC_SIZEBITS 中找到特定体系的值. 

  中包含的 定义了一些构造命令编号的宏:

_IO(type,nr)/*没有参数的命令*/
_IOR(type, nr, datatype)/*从驱动中读数据*/
_IOW(type,nr,datatype)/*写数据*/
_IOWR(type,nr,datatype)/*双向传送*/
/*type 和 number 成员作为参数被传递, 并且 size 成员通过应用 sizeof 到 datatype 参数而得到*/

这个头文件还定义了用来解开这个字段的宏:

_IOC_DIR(nr)
_IOC_TYPE(nr)
_IOC_NR(nr)
_IOC_SIZE(nr)

这个一般在头文件中设定。如书上#define SCULL_IOC_MAGIC 'k'

#define SCULL_IOCRESET _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 0)
#define SCULL_IOCSQUANTUM _IOW(SCULL_IOC_MAGIC, 1, int)
#define SCULL_IOCSQSET _IOW(SCULL_IOC_MAGIC, 2, int)
#define SCULL_IOC_MAXNR 3

第2部，设置返回值、使用 ioctl 参数、ioctl 命令的实现

（1）返回值首先要检测命令的有效性。

if (_IOC_TYPE(cmd) != SCULL_IOC_MAGIC)
        return -EINVAL;
    if (_IOC_NR(cmd) > SCULL_IOC_MAXNR)
        return -EINVAL;

（2）使用 ioctl 参数

在使用ioctl的可选arg参数时，如果传递的是一个整数，它可以直接使用。如果是一个指针,，就必须小心。当用一个指针引用用户空间, 我们必须确保用户地址是有效的，其校验(不传送数据)由函数 access_ok 实现，定义在 :

int access_ok(int type, const void *addr, unsigned long size);

第一个参数应当是 VERIFY_READ（读）或VERIFY_WRITE（读写）；addr 参数为用户空间地址，size 为字节数，可使用sizeof()。access_ok 返回一个布尔值: 1 是成功(存取没问题)和 0 是失败(存取有问题)。如果它返回假，驱动应当返回 -EFAULT 给调用者。

注意：首先, access_ok不做校验内存存取的完整工作; 它只检查内存引用是否在这个进程有合理权限的内存范围中，且确保这个地址不指向内核空间内存。其次，大部分驱动代码不需要真正调用 access_ok，而直接使用put_user(datum, ptr)和get_user(local, ptr)，它们带有校验的功能，确保进程能够写入给定的内存地址，成功时返回 0, 并且在错误时返回 -EFAULT.。

put_user(datum, ptr)
__put_user(datum, ptr)
get_user(local, ptr)
__get_user(local, ptr)

这些宏它们相对copy_to_user 和copy_from_user快, 并且这些宏已被编写来允许传递任何类型的指针，只要它是一个用户空间地址. 传送的数据大小依赖 prt 参数的类型, 并且在编译时使用 sizeof 和 typeof 等编译器内建宏确定。他们只传送1、2、4或8 个字节。如果使用以上函数来传送一个大小不适合的值，结果常常是一个来自编译器的奇怪消息，如"coversion to non-scalar type requested". 在这些情况中，必须使用 copy_to_user 或者 copy_from_user。

__put_user和__get_user 进行更少的检查(不调用 access_ok), 但是仍然能够失败如果被指向的内存对用户是不可写的，所以他们应只用在内存区已经用 access_ok 检查过的时候。作为通用的规则：当实现一个 read 方法时，调用 __put_user 来节省几个周期, 或者当你拷贝几个项时，因此，在第一次数据传送之前调用 access_ok 一次。

一般是以下模式

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;

 

（3）ioctl 命令的实现

ioctl的实现采用switch语句的形式实现，具体的就要看书了。呵呵

 

 

三、ioctl和llseek实验。

模块程序链接：ioctl_and_llseek

模块测试程序链接：ioctl_and_llseek-test

 

 

国嵌视频实验代码  5-2-1.rar