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ioctl设备操作

作者：互联网

1 ioctl基本概念

对于设备数据操作，我们通常可以用read，write接口来实现，但是对于非数据的操作，就需要委派给ioctl接口，ioctl也是一个系统调用，其函数原型如下。

int ioctl(int d, int request, ...);

 d是要操作文件的描述符，request是代表不同的操作的数字值，更确切地说是命令，应该具有一定的编码规则，如下

在内核中，提供了宏接口以生成上述格式的 ioctl 命令：

// include/uapi/asm-generic/ioctl.h

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

通常而言，为了方便会使用宏 _IOC() 衍生的接口来直接定义 ioctl 命令：

 // include/uapi/asm-generic/ioctl.h

/* used to create numbers */
#define _IO(type,nr)        _IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)
#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)))

_IO：       定义不带参数的 ioctl 命令
_IOW：      定义带写参数的 ioctl 命令（copy_from_user）
_IOR：      定义带读参数的ioctl命令（copy_to_user）
_IOWR：     定义带读写参数的 ioctl 命令

ioctl调用关系如下

image

 2 ioctl使用实例

 vser.h需要定义一些应用层使用的数据

/*************************************************************************
	> File Name: vser.h
	> Author: longway.bai
	> Mail: 953821672@qq.com
	> Created Time: 2021年11月28日 星期日 18时56分36秒
 ************************************************************************/
#ifndef VSER_H
#define VSER_H

/*定义一个option的结构体，包含波特率，奇偶校验，停止位成员*/
struct option {
	unsigned int datab;
	unsigned int parity;
	unsigned int stopb;
};

#define VS_MAGIC 's'

/* 定义四个命令，分别设置波特率，获取波特率，设置帧格式，获取帧格式
 * iotcl的命令需要遵从一种编码规则，具体规则可以查看内核中的
 * document/ioctl/ioctl-decoding.txt*/
#define VS_SET_BAUD _IOW(VS_MAGIC, 0, unsigned int)
#define VS_GET_BAUD _IOW(VS_MAGIC, 1, unsigned int)
#define VS_SET_FFMT _IOW(VS_MAGIC, 2, struct option)
#define VS_GET_FFMT _IOW(VS_MAGIC, 3, struct option)

#endif

 

/*************************************************************************
	> File Name: vser.c
	> Author: longway.bai
	> Mail: 953821672@qq.com
	> Created Time: 2021年11月28日 星期日 19时12分04秒
 ************************************************************************/
#include <linux/init.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/kfifo.h>

#include <linux/ioctl.h>
#include <linux/uaccess.h>

#include "vser.h"

#define VSER_MAJOR 256
#define VSER_MINOR 0
#define VSER_DEV_CNT 1
#define VSER_DEV_NAME "vser"

struct vser_dev {
	unsigned int baud;
	struct option opt;
	struct cdev cdev;
};

DEFINE_KFIFO(vsfifo, char, 32);
static struct vser_dev vsdev;

static int vser_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	return 0;
}

static int vser_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	return 0;
}

static ssize_t vser_read(struct file *flip, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
{
	int ret;
	unsigned int copied = 0;

	ret = kfifo_to_user(&vsfifo, buf, count, &copied);

	return ret==0 ? copied:ret;
}

static ssize_t vser_write(struct file *flip, const char __user *buf, size_t count, loff_t *pos)
{
	int ret;
	unsigned int copied = 0;

	ret = kfifo_from_user(&vsfifo, buf, count, &copied);

	return ret==0 ? copied:ret;
}

static long vser_ioctl(struct file *flip, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
	if(_IOC_TYPE(cmd) != VS_MAGIC) //提取幻数字段，然后和预定义幻数作比较，如果不匹配则返回ENOTTY，如果匹配向下进行相应的操作
		return -ENOTTY;

    /* 数据的copy，这里使用了copy_from_user和copy_to_user,分别是从用户层copy数据到内核层，从内核层copy数据到用户层
     * 之所以用这两个函数，而没有用memcpy，是因为该函数调用了access_ok来验证用户空间内存是否真是可读写，避免内核中
     * 缺页故障带来的一些问题，如果只是复制简单的数据类型，如int，char，short等，那么还可以使用get_user和put_user*/
	switch (cmd)
	{
		case VS_SET_BAUD:
			if(get_user(vsdev.baud, (unsigned int __user *)arg)) //vsdev.baud = arg;这种方式无法传给user层，原因还不太清楚，所以使用了get_user和put_user
                return -EFAULT;
			break;
		case VS_GET_BAUD:
			if(put_user(vsdev.baud, (unsigned int __user *)arg))
                return -EFAULT;
			break;
		case VS_SET_FFMT:
			if(copy_from_user(&vsdev.opt, (struct option __user *)arg, sizeof(struct option)))
				return -EFAULT;
			break;
		case VS_GET_FFMT:
			if(copy_to_user((struct option __user*)arg, &vsdev.opt, sizeof(struct option)))
				return -EFAULT;
			break;
		default:
			return -ENOTTY;
	}
	return 0;
}

static struct file_operations vser_ops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = vser_open,
    .release = vser_release,
    .read = vser_read,
    .write = vser_write,
    .unlocked_ioctl = vser_ioctl,
							
};

static int __init vser_init(void)
{
    int ret;
    dev_t dev;

	dev = MKDEV(VSER_MAJOR, VSER_MINOR);
    ret = register_chrdev_region(dev, VSER_DEV_CNT, VSER_DEV_NAME);
    if(ret)
		goto reg_err;

	cdev_init(&vsdev.cdev, &vser_ops);
    vsdev.cdev.owner = THIS_MODULE;
    vsdev.baud = 115200;
    vsdev.opt.datab = 8;
    vsdev.opt.parity = 0;
    vsdev.opt.stopb = 1;

    ret = cdev_add(&vsdev.cdev, dev, VSER_DEV_CNT);
    if(ret)
		goto add_err;

	return 0;

add_err:
    unregister_chrdev_region(dev,VSER_DEV_CNT);

reg_err:
    return ret;
																	
}

static void __exit vser_exit(void)
{
    dev_t dev;

    dev = MKDEV(VSER_MAJOR, VSER_MINOR);

    cdev_del(&vsdev.cdev);

    unregister_chrdev_region(dev,VSER_DEV_CNT);
					
}

module_init(vser_init);
module_exit(vser_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("longway<longway.bai@outlook.com>");
MODULE_DESCRIPTION("A simple module");
MODULE_ALIAS("virtual-serial");

 应用层的测试代码如下

/*************************************************************************
	> File Name: test_ioctl.c
	> Author: longway.bai
	> Mail: 953821672@qq.com
	> Created Time: 2021年12月04日 星期六 20时45分35秒
 ************************************************************************/

#include<stdio.h>
#include<stdlib.h>
#include<sys/ioctl.h>
#include<sys/types.h>
#include<sys/stat.h>
#include<unistd.h>
#include<fcntl.h>
#include<errno.h>
#include <string.h>

#include "vser.h"

int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd;
	int ret;
	unsigned int baud,baud1;
	struct option opt = {8, 1, 1};

	fd = open(argv[1], O_RDWR);
	if (fd == -1)
		goto fail;

    baud = baud1 = 9600;

    if(argv[2] != NULL)
        baud1 = atoi(argv[2]);
    
	ret = ioctl(fd, VS_SET_BAUD, &baud1);   //通过ioctl调用VS_SET_BAUD，向内核设置baud
	if (ret == -1)
		goto fail;

	ret = ioctl(fd, VS_GET_BAUD, &baud);    //从内核获取baud的值
	if (ret == -1)
		goto fail;


	ret = ioctl(fd, VS_SET_FFMT, &opt);
	if (ret == -1)
		goto fail;

	ret = ioctl(fd, VS_GET_FFMT, &opt);
	if (ret == -1)
		goto fail;

	printf("baud rate: %d\n", baud);
	printf("frame format:%d%c%d\n", opt.datab, opt.parity == 0 ? 'N':opt.parity == 1 ? 'O':'E', opt.stopb);

	close(fd);
	exit(EXIT_SUCCESS);

fail:
	perror("ioctl test");
	exit(EXIT_FAILURE);
}

编译，测试命令如下

# mknod /dev/vser c 256 0

# make

# insmod vser.ko

# gcc test_ioctl.c -o test_ioctl

# ./test_ioctl /dev/vser 115200

baud rate: 115200

frame formate: 8O1

标签：int,ret,ioctl,vser,user,操作,include,设备
来源： https://blog.csdn.net/qq_26708669/article/details/121734883