一、Linux的ioctl 驱动传参介绍
ioctl 是设备驱动程序中用来控制设备的接口函数，一个字符设备驱动通常需要实现设备的打开、关闭、读取、写入等功能，而在一些需要细分的情况下，就需要扩展新的功能，通常以增设 ioctl()命令的方式来实现。
1.1、应用层的ioctl
函数原型：
int ioctl(int fd, unsigned int cmd, unsigned long args);
头文件：
#include <sys/ioctl.h>
函数作用：
用于向设备发送控制和配置命令。
参数含义：
fd ：是用户程序打开设备时返回的文件描述符
cmd ：是用户程序对设备的控制命令，
args：应用程序向驱动程序下发的参数，如果传递的参数为指针类型，则可以接收驱动向用户空间传递的数据
上述三个参数中，最重要的是第二个 cmd 参数，为 unsigned int 类型，为了高效的使用cmd 参数传递更多的控制信息，一个 unsigned int cmd 被拆分为了4 段，每一段都有各自的意义，unsigned int cmd 位域拆分如下：
cmd[31:30]—数据（args）的传输方向（读写）
cmd[29:16]—数据（args）的大小
cmd[15:8]—>命令的类型，可以理解成命令的密钥，一般为ASCII 码（0-255的一个字符，有部分字符已经被占用，每个字符的序号段可能部分被占用）
cmd[7:0] —>命令的序号，是一个 8bits 的数字（序号，0-255 之间）
cmd 参数由 ioctl 合成宏定义得到，四个合成宏定义如下所示：
定义一个命令，但是不需要参数：
#define _IO(type,nr) _IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)
定义一个命令，应用程序从驱动程序读参数：
#define _IOR(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
定义一个命令，应用程序向驱动程序写参数：
#define _IOW(type,nr,size) _IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
定义一个命令，参数是双向传递的：
#define _IOWR(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
宏定义参数说明如下所示：
type：命令的类型，一般为一个 ASCII 码值，一个驱动程序一般使用一个type
nr：该命令下序号。一个驱动有多个命令，一般他们的type，序号不同
size：args 的类型
例如可以使用以下代码定义不需要参数、向驱动程序写参数、向驱动程序读参数三个宏：
#define CMD_TEST0 _IO('L',0)
#define CMD_TEST1 _IOW('L',1,int)
#define CMD_TEST2 _IOR('L',2,int)
1.2、驱动层的ioctl
应用程序中 ioctl 函数会调用 file_operation 结构体中的 unlocked_ioctl 接口，接口定义如下所示：
long (*unlocked_ioctl) (struct file *file , unsigned int cmd, unsigned long arg);
file：文件描述符。
cmd：与应用程序的 cmd 参数对应，在驱动程序中对传递来的cmd 参数进行判断从而做出不同的动作。
arg：与应用程序的 arg 参数对应，从而实现内核空间和用户空间参数的传递。
二、代码示例
2.1、应用层程序
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <string.h>
#define CMD_TEST0 _IO('L',0)
#define CMD_TEST1 _IOW('L',1,int)
#define CMD_TEST2 _IOR('L',2,int)
int main(int argc,char *argv[]){
int fd;//定义int类型的文件描述符fd
int val;//定义int类型的传递参数val
fd = open("/dev/test",O_RDWR);//打开test设备节点
if(fd < 0){
printf("file open fail\n");
}
if(!strcmp(argv[1], "write")){
ioctl(fd,CMD_TEST1,1);//如果第二个参数为write，向内核空间写入1
}
else if(!strcmp(argv[1], "read")){
ioctl(fd,CMD_TEST2,&val);//如果第二个参数为read，则读取内核空间传递向用户空间传递的值
printf("val is %d\n",val);
}
close(fd);
}
2.2、驱动层程序
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/kdev_t.h>
#include <linux/uaccess.h>
#define CMD_TEST0 _IO('L',0)
#define CMD_TEST1 _IOW('L',1,int)
#define CMD_TEST2 _IOR('L',2,int)
struct device_test{
dev_t dev_num; //设备号
int major ; //主设备号
int minor ; //次设备号
struct cdev cdev_test; // cdev
struct class *class; //类
struct device *device; //设备
char kbuf[32];
};
static struct device_test dev1;
static long cdev_test_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
int val;//定义int类型向应用空间传递的变量val
switch(cmd){
case CMD_TEST0:
printk("this is CMD_TEST0\n");
break;
case CMD_TEST1:
printk("this is CMD_TEST1\n");
printk("arg is %ld\n",arg);//打印应用空间传递来的arg参数
break;
case CMD_TEST2:
val = 1;//将要传递的变量val赋值为1
printk("this is CMD_TEST2\n");
if(copy_to_user((int *)arg,&val,sizeof(val)) != 0){
//通过copy_to_user向用户空间传递数据
printk("copy_to_user error \n");
}
break;
default:
break;
}
return 0;
}
/*设备操作函数*/
struct file_operations cdev_test_fops = {
.owner = THIS_MODULE, //将owner字段指向本模块，可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块
.unlocked_ioctl = cdev_test_ioctl,
};
static int __init timer_dev_init(void) //驱动入口函数
{
/*注册字符设备驱动*/
int ret;
/*1 创建设备号*/
ret = alloc_chrdev_region(&dev1.dev_num, 0, 1, "alloc_name"); //动态分配设备号
if (ret < 0)
{
goto err_chrdev;
}
printk("alloc_chrdev_region is ok\n");
dev1.major = MAJOR(dev1.dev_num); //获取主设备号
dev1.minor = MINOR(dev1.dev_num); //获取次设备号
printk("major is %d \r\n", dev1.major); //打印主设备号
printk("minor is %d \r\n", dev1.minor); //打印次设备号
/*2 初始化cdev*/
dev1.cdev_test.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&dev1.cdev_test, &cdev_test_fops);
/*3 添加一个cdev,完成字符设备注册到内核*/
ret = cdev_add(&dev1.cdev_test, dev1.dev_num, 1);
if(ret<0)
{
goto err_chr_add;
}
/*4 创建类*/
dev1. class = class_create(THIS_MODULE, "test");
if(IS_ERR(dev1.class))
{
ret=PTR_ERR(dev1.class);
goto err_class_create;
}
/*5 创建设备*/
dev1.device = device_create(dev1.class, NULL, dev1.dev_num, NULL, "test");
if(IS_ERR(dev1.device))
{
ret=PTR_ERR(dev1.device);
goto err_device_create;
}
return 0;
err_device_create:
class_destroy(dev1.class); //删除类
err_class_create:
cdev_del(&dev1.cdev_test); //删除cdev
err_chr_add:
unregister_chrdev_region(dev1.dev_num, 1); //注销设备号
err_chrdev:
return ret;
}
static void __exit timer_dev_exit(void) //驱动出口函数
{
/*注销字符设备*/
unregister_chrdev_region(dev1.dev_num, 1); //注销设备号
cdev_del(&dev1.cdev_test); //删除cdev
device_destroy(dev1.class, dev1.dev_num); //删除设备
class_destroy(dev1.class); //删除类
}
module_init(timer_dev_init);
module_exit(timer_dev_exit);
2.3、Linux的ioctl 驱动传参使用API要点
2.3.1、应用层
#define CMD_TEST0 _IO('L',0)
#define CMD_TEST1 _IOW('L',1,int)
#define CMD_TEST2 _IOR('L',2,int)
ioctl(fd,CMD_TEST1,1);//如果第二个参数为write，向内核空间写入1
2.3.2、驱动层
#define CMD_TEST0 _IO('L',0)
#define CMD_TEST1 _IOW('L',1,int)
#define CMD_TEST2 _IOR('L',2,int)
static long cdev_test_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
int val;//定义int类型向应用空间传递的变量val
switch(cmd){
case CMD_TEST0:
printk("this is CMD_TEST0\n");
break;
case CMD_TEST1:
printk("this is CMD_TEST1\n");
printk("arg is %ld\n",arg);//打印应用空间传递来的arg参数
break;
case CMD_TEST2:
val = 1;//将要传递的变量val赋值为1
printk("this is CMD_TEST2\n");
if(copy_to_user((int *)arg,&val,sizeof(val)) != 0){
//通过copy_to_user向用户空间传递数据
printk("copy_to_user error \n");
}
break;
default:
break;
}
return 0;
}