linux 高級字符設備驅動 ioctl操做介紹 例程分析實現

時間  2019-11-12
標籤 linux 高級 字符 設備 驅動 ioctl 介紹 例程 分析 實現 欄目 Linux 简体版
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1，ioctl介紹

ioctl控制設備讀寫數據以及關閉等。node

用戶空間函數原型：int ioctl(int fd,unsinged long cmd,...)linux

  • fd-文件描述符函數

  • cmd-對設備的發出的控制命令測試

  • ...表示這是一個可選的參數，存在與否依賴‍‍於cmd，如cmd爲修改波特率，那麼....就表示波特率的值。若是cmd表示關閉，則不須要參數spa

內核函數原型‍‍指針

file_operations結構體裏面long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);code


ioctl命令段分爲：類型，序號，傳遞方向，參數大小orm

  • Type 類型：代表哪一個設備的命令，在參考了ioctl-number.txt以後選出，8位寬內存

  • Number 序號：代表設備命令中的第幾個，8位寬get

  • Direction 傳送方向：可能的值是

    _IOC_NONE(沒數據傳輸)

    _IOC_READ(從設備讀)

    _IOC_WRITE

  • Size 用戶參數大小:（13/14位寬，視處理器而定）

內核提供了一些宏來幫助定義命令：

  • _IO(type, nr )    type爲命令類型  如int， nr爲序號

    沒有參數的命令

  • _IOR(type, nr, datatype)  

        從驅動中讀數據，datatype 讀的數據參數的類型

  • _IOW(type, nr, datatype)

        寫數據到驅動

  • _IOWR(type,nr, datatype)

        讀寫數據

定義命令例子  #define MEM_IOC_MAGIC 'm'   //定義幻數，由於命令類型type是8位的因此找個字符代替

#define MEM_IOCSET

_IOW(MEM_IOC_MAGIC,0,int)   //命令 去寫 一個 int型的數據

#define MEM_IOCGQSET

_IOR(MEM_IOC_MAGIC, 1, int)


2，ioctl命令使用時注意事項

用戶使用int ioctl(int fd,unsinged long cmd,...)時，...就是要傳遞的參數

再經過long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long arg);中的arg傳遞,若是arg是一個整形，能夠直接使用，若是是指針，咱們必須確保這個用戶地址是有效的，所以，使用以前須要進行正解的檢查。

內部有檢查的，不須要檢測的：

Copy_from_user

Copy_to_user

Get_user

Put_user

須要檢測的：

__get_user

__put_user

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

Type 是VERIFY_READ 或者VERIFY_WRITE用來代表是讀用戶內存仍是寫用戶內存。

Addr參數是要操做的用戶內存地址，size是操做的長度。若是ioctl須要從用戶空間讀一個整數，那麼size參數就等於sizeof(int)

內核讀，寫入用戶空間，因此用戶空間使用VERIFY_WRITE寫驗證用戶內存是否可用。

Access_ok返回一個布爾值：1，是成功（存取沒問題），失敗，ioctr返回-EFAULT 


3，ioctl實現例程

#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; /*設備結構體指針*/

struct cdev cdev; 

/*文件打開函數*/
int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    struct mem_dev *dev;
    
    /*獲取次設備號*/
    int num = MINOR(inode->i_rdev);

    if (num >= MEMDEV_NR_DEVS) 
            return -ENODEV;
    dev = &mem_devp[num];
    
    /*將設備描述結構指針賦值給文件私有數據指針*/
    filp->private_data = dev;
    
    return 0; 
}

/*文件釋放函數*/
int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
  return 0;
}

/*IO操做*/
int memdev_ioctl(struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{

    int err = 0;
    int ret = 0;
    int ioarg = 0;
    
    /* 檢測命令的有效性 */
    if (_IOC_TYPE(cmd) != MEMDEV_IOC_MAGIC) 
        return -EINVAL;
    if (_IOC_NR(cmd) > MEMDEV_IOC_MAXNR) 
        return -EINVAL;

    /* 根據命令類型，檢測參數空間是否能夠訪問 */
    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;

    /* 根據命令，執行相應的操做 */
    switch(cmd) {

      /* 打印當前設備信息 */
      case MEMDEV_IOCPRINT:
      	printk("<--- CMD MEMDEV_IOCPRINT Done--->\n\n");
        break;
      
      /* 獲取參數 */
      case MEMDEV_IOCGETDATA: 
        ioarg = 1101;
        ret = __put_user(ioarg, (int *)arg);
        break;
      
      /* 設置參數 */
      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;

}

/*文件操做結構體*/
static const struct file_operations mem_fops =
{
  .owner = THIS_MODULE,
  .open = mem_open,
  .release = mem_release,
  .ioctl = memdev_ioctl,
};

/*設備驅動模塊加載函數*/
static int memdev_init(void)
{
  int result;
  int i;

  dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);

  /* 靜態申請設備號*/
  if (mem_major)
    result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");
  else  /* 動態分配設備號 */
  {
    result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
    mem_major = MAJOR(devno);
  }  
  
  if (result < 0)
    return result;

  /*初始化cdev結構*/
  cdev_init(&cdev, &mem_fops);
  cdev.owner = THIS_MODULE;
  cdev.ops = &mem_fops;
  
  /* 註冊字符設備 */
  cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);
   
  /* 爲設備描述結構分配內存*/
  mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);
  if (!mem_devp)    /*申請失敗*/
  {
    result =  - ENOMEM;
    goto fail_malloc;
  }
  memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));
  
  /*爲設備分配內存*/
  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;
}

/*模塊卸載函數*/
static void memdev_exit(void)
{
  cdev_del(&cdev);   /*註銷設備*/
  kfree(mem_devp);     /*釋放設備結構體內存*/
  unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*釋放設備號*/
}

MODULE_AUTHOR("David Xie");
MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);

.h

#ifndef _MEMDEV_H_
#define _MEMDEV_H_

#include <linux/ioctl.h>

#ifndef MEMDEV_MAJOR
#define MEMDEV_MAJOR 190   /*預設的mem的主設備號*/
#endif

#ifndef MEMDEV_NR_DEVS
#define MEMDEV_NR_DEVS 2    /*設備數*/
#endif

#ifndef MEMDEV_SIZE
#define MEMDEV_SIZE 4096
#endif

/*mem設備描述結構體*/
struct mem_dev                                     
{                                                        
  char *data;                      
  unsigned long size;       
};

/* 定義幻數 */
#define MEMDEV_IOC_MAGIC  'k'

/* 定義命令 */
#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

測試程序

#include <stdio.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<fcntl.h>

#include "memdev.h"  /* 包含命令定義 */

int main()
{
	int fd = 0;
	int cmd;
	int arg = 0;
	char Buf[4096];
	
	
	/*打開設備文件*/
	fd = open("/dev/memdev0",O_RDWR);
	if (fd < 0)
	{
		printf("Open Dev Mem0 Error!\n");
		return -1;
	}
	
	/* 調用命令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;
	}
	
	
	/* 調用命令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;
	}

	
	/* 調用命令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;	
}
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