嵌入式IO驱动

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1、1770MM 的 ioctl 简介我这里说的ioctl函数是在驱动程序里的，因为我不知道还有没有别的场合用到了 ioctl,所以就规定了我们讨论的范围。为什么要写篇文章呢，是因为我前一阵子被ioctl给搞混了，这几天才弄明白它，于是在这里清理一下头脑。一、什么是ioctl。ioctl是设备驱动程序中对设备的I/O通道进行管理的函数。所谓对I/O通道进行管理，就是 对设备的一些特性进行控制，例如串口的传输波特率、马达的转速等等。它的调用个数如下：int ioctl(int fd, ind cmd,)；其中fd就是用户程序打开设备时使用open函数返回的文件标示符，cmd就是用户程序对设备的控制命

2、令，至于后面的省略号，那是一些补充 参数，一般最多一个，有或没有是和cmd的意义相关的。ioctl函数是文件结构中的一个属性分量，就是说如果你的驱动程序提供了对ioctl的支持，用户就可以在用户程序中使用ioctl函 数控制设备的I/O通道。二、ioctl的必要性如果不用ioctl的话，也可以实现对设备I/O通道的控制，但那就是蛮拧了。例如，我们可 以在驱动程序中实现write的时候检查一下是否有特殊约定的数据流通过，如果有的话，那么后 面就跟着控制命令(一般在socket编程中常常这样做)。但是如果这样做的话，会 导致代 码所以，我们就使用ioctl来分工不明，程序结构混乱，程序员自己也会头

3、昏眼花的。实现控制的功能。要记住，用户程序所作的只是通过命令码告诉驱动程序它想做什么，至于怎 么解释这些命令和怎么实现这些命令，这都是驱动程序要做的事情。三、ioctl如何实现 这是一个很麻烦的问题，我是能省则省。要说清楚它，没有四五千字是不行的，所以我这里 是不可能把它说得非常清楚了，不过如果有读者对用户程序怎么和驱动程序联系起来感兴趣的 话，可以看我前一阵子写的write的奥秘。读者只要把write换成ioctl，就知道用户程序的 ioctl是怎么和驱动程序中的ioctl实现联系在一起的了。我这里说一个大概思路，因为我觉得Linux设备驱动程序这本书已经说的非常清楚了， 但是得化一些时间来

4、看。在驱动程序中实现的ioctl函数体内，实际上是有一个switchcase 结构，每一个case对应一个命令码，做出一些相应的操作。怎么实现这些操作，这是每一个程 序员自己的事情，因为设备都是特定的，这里也没法说。关键在于怎么样组织命令码，因为在ioctl中命令码是唯一联系用户程序命令和驱动程序支持的途径。命令码的组织是有一些讲究的， 因为我们一定要做到命令和设备是一一对应的，这样才不会将正确的命令发给错误的设备， 或者是把错误的命令发给正确的设备，或者是把错误的命令发给错误的设备。这些错误都会 导致不可预料的事情发生，而当程序员发现了这些奇怪的事情的时候，再来调试程序查找错 误，那将是非常

5、困难的事情。所以在Linux核心中是这样定义一个命令码的：|设备类型|序列号|方向|数据尺寸| 8 bit | 8 bit |2 bit |814 bit|I11-|这样一来，一个命令就变成了一个整数形式的命令码。但是命令码非常的不直观，所以LinuxKernel中提供了一些宏，这些宏可根据便于理解的字符串生成命令码，或者是从命令码得 到一些用户可以理解的字符串以标明这个命令对应的设备类型、设备序列号、数据传送方向 和数据传输尺寸。这些宏我就不在这里解释了，具体的形式请读者察看Linux核心源代码中 的和，文件里给除了这些宏完整的定义。这里我只多说一个地方，那就是幻数。幻数是一 个字母，数据长

6、度也是8,所以就用一个特定的字母来标明设备类型，这和用一个数字是 一样的，只是更加利于记忆和理解。就是这样，再没有更复杂的了。更多的说了也没有，读 者还是看一看源代码吧，推荐各位阅读Linux设备驱动程序所带源代码中的short 一例， 因为它比较短小，功能比较简单，可以看明白ioctl的功能和细节。四、cmd参数如何得出这里确实要说一说，cmd参数在用户程序端由一些宏根据设备类型、序列号、传送方向、 数据尺寸等生成，这个整数通过系统调用传递到内核中的驱动程序，再由驱动程序使用解码 宏从这个整数中得到设备的类型、序列号、传送方向、数据尺寸等信息，然后通过 switchcase结构进行相应的操作

7、。要透彻理解，只能是通过阅读源代码，我这篇文章实际 上只是一个引子。Cmd参数的组织还是比较复杂的，我认为要搞熟它还是得花不少时间的， 但是这是值得的，驱动程序中最难的是对中断的理解。五、小结ioctl其实没有什么很难的东西需要理解，关键是理解cmd命令码是怎么在用户程序里生成 并在驱动程序里解析的，程序员最主要的工作量在switchcase结构中，因为对设备的I/O控制 都是通过这一部分的代码实现的。参考资料：1. Linux设备驱动程序，鲁宾尼著，中国电力出版社。2. write的奥秘要按照Linux内核的约定方法为驱动程序选择ioctl编号，应该首先 看看 include/asm/ioc

8、tl.h和 Documentation/ioctl-number.txt这两个文件。_IO(type, nr)用于构造无参数的命令编号；_IOR(type, nr, datatype)用于构造从驱动程序中读取数据的命令编号；_IOW(type, nr, datatype)用于写入数据的命令；_IOWR(type, nr, datatype)用于双向传输。返回值ioctl的实现通常就是一个基于命令号的switch语句。但是当命令 号不能匹配任何合法的操作时，默认的选择是什么呢?对于这个问题 颇有争议。有些内核函数会返回-ENVAL(Invalid argument,非法参数 ),这是合理的，因为

9、命令参数的确不是合法的参数。然而，POSIX 标准规定，如果使用了不合适的ioctl命令参数，应该返回-ENOTTY C库将这个错误码解释为“Inappropriate ioctl for device,不合适的设 备ioctl”，这看起来更贴切些。尽管如此，对非法的ioctl命令放回-EINVAL仍然时很普遍的做法。cd ioctl_testioctl_test.c#include #include #include #include #include #include #include #include ioctl_test.htypedef struct (struct class *c

10、lass;int major;char *dev_name; MODULE_DATA;static MODULE_DATA *g_module;static int test_dev_ioctl(struct inode *inode, struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)(int ret, val;switch (cmd) (case DEVICE_READ:(return put_user(10, (long *) arg);case DEVICE_WRITE:(ret = get_user(val, (long *

11、) arg);if (ret)return ret;printk(val = %dn, val);break;default:return -ENOTTYreturn 0; static int test_dev_open(struct inode *inode, struct file *file) (printk(test_dev openn);return 0;static struct file_operations test_dev_fops = (ioctl: test_dev_ioctl,open: test_dev_open,;static int _init test_dev

12、_init(void)(int res;struct class_device *temp_class;struct class *dev_class;int major;char dev_name = test_dev;g_module = kmalloc(sizeof (MODULE_DAA), GFP_KERNEL);if (g_module = NULL) (PERROR(kmalloc errorn);return -ENOMEM;memset(g_module, 0, sizeof (MODULE_DJTA);res = register_chrdev(0, dev_name, &

13、test_dev_fops);if (res major = major;g_module-class = dev_class;g_module-dev_name = dev_name;return 0;static void _exit test_dev_exit(void)(struct class *dev_class;int major;char *dev_name;dev_class = g_module-class;major = g_module-major;dev_name = g_module-dev_name;class_device_destroy(dev_class,

14、MKDEV(major, 0);class_destroy(dev_class);unregister_chrdev(major, dev_name);kfree(g_module);PINFO(test_dev driver removedn);return;module_init(test_dev_init);module_exit(test_dev_exit);MODULE_LICENSE(GPL);ioctl_test.h#ifndef MXC_CMMB_INNO_H#define MXC_CMMB_INNO_H#undef PERROR#define PERROR(fmt, args

15、.) printk(KERN_ERR cmmb drivererror: line %d- %s(): fmt,_LINE, FUNCTION_, # args)#undef PINFO#define PINFO(fmt, args.) printk(KERN_INFO fmt, # args)#undef PDEBUG/* undef it, just in case */#ifdef CMMB_INNO_DEBUG#define PDEBUG(fmt, args.) printk(KERN_DEBUG cmmb driverline %d - %s(): fmt,_LINE, FUNCTI

16、ON_, # args)#else#define PDEBUG(fmt, args.) /* not debugging: nothing */#endif#define DEVICE_READ _IOR(t, 1, int)#define DEVICE_WRITE _IOW(t, 2, int)#endifMakefileKDIR=/usr/src/linux-headers-2.6.24-19-genericobj-m += ioctl_test.oall:make -C $(KDIR) M=pwd modules clean:make -C $(KDIR) M=pwd clean cd

17、.test_ioctl.c#include #include #include #include ioctl_test/ioctl_test.h#define INNO_DEV_NAME /dev/test_devint main()(int fd, ret, get_int, put_int = 527;fd = open(INNO_DEV_NAME, O_RDWR);ret = ioctl(fd, DEVICE_READ, &get_int);if (ret 0) (perror(DEVICE_READ);return -1; else (printf(get_int = %dn, get_int);ret = ioctl(fd, DEVICE_WRITE, &put_int);if (ret 0) (perror(DEVICE_WRITE);return -1; close(INNO_DEV_NAME);