linux驱动：[3]高级字符设备驱动之ioctl

linux驱动：[3]高级字符设备驱动之ioctl

测试平台： x86 PC linux-4.4.0

1.实验目的：

• 学习并编写ioctl linux高级字符设备驱动程序。
• 编写驱动 scull ，使用5个指令实现对设备数据的清零，读取，写入操作。

2.驱动代码：(解析见下方)

scull.c:

#include <linux/module.h>#include <linux/types.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/errno.h>#include <linux/cdev.h>#include <asm/uaccess.h>#include <linux/device.h>#include "scull.h"//设备私有数据struct scull_dev {    int data;    struct cdev cdev;} dev;//最大IOCTL命令号#define SCULL_IOC_MAXNR 4//默认自动分配主设备号#define SCULL_DEV_MAJOR 0static int scull_major = SCULL_DEV_MAJOR;module_param(scull_major, int, S_IRUGO);struct class *scull_class;struct cdev cdev;long scull_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg){    int err = 0, retval = 0;//判断命令幻数是否匹配    if (_IOC_TYPE(cmd) != SCULL_IOC_MAGIC)        return -ENOTTY;//判断命令序号是否非法    if (_IOC_NR(cmd) > SCULL_IOC_MAXNR)        return -ENOTTY;//判断空间是否可访问    /* VERIFY_WRITE 是 VERIFY_READ 超集 */    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;    switch (cmd) {        case SCULL_IOC_CLEAR://数据清零            dev.data = 0;            printk("SCULL_IOC_CLEAR data: 0\n");            break;        case SCULL_IOC_GET://获取数据(通过指针)            retval = __put_user(dev.data, (int __user *)arg);            printk("SCULL_IOC_GET data: %d\n", dev.data);            break;        case SCULL_IOC_QUERY://获取数据(通过返回值)            printk("SCULL_IOC_QUERY data: %d\n", dev.data);            retval = dev.data;            break;        case SCULL_IOC_SET://设置数据(通过指针)            retval = __get_user(dev.data, (int __user *)arg);            printk("SCULL_IOC_SET data: %d\n", dev.data);            break;        case SCULL_IOC_TELL://设置数据(通过直接引用参数值)            dev.data = arg;            printk("SCULL_IOC_TELL data: %d\n", arg);            break;        default:            retval = -EINVAL;            break;    }    return retval;}static const struct file_operations scull_fops = {    .owner = THIS_MODULE,    .unlocked_ioctl = scull_ioctl,//linux 2.6.36内核之后unlocked_ioctl取代ioctl};static int scull_init(void){    //设备号    dev_t devno = MKDEV(scull_major, 0);    int result;    if (scull_major)//静态分配设备号        result = register_chrdev_region(devno, 1, "scull");    else {//动态分配设备号        result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "scull");        scull_major = MAJOR(devno);    }    if (result < 0)        return result;//用于udev/mdev自动创建节点    scull_class = class_create(THIS_MODULE, "scull");    device_create(scull_class, NULL, devno, NULL, "scull");//静态添加cdev    cdev_init(&cdev, &scull_fops);    cdev.owner = THIS_MODULE;    cdev_add(&cdev, devno, 1);    printk("scull init success\n");    return 0;}static void scull_exit(void){    cdev_del(&cdev);    device_destroy(scull_class, MKDEV(scull_major, 0));    class_destroy(scull_class);    unregister_chrdev_region(MKDEV(scull_major, 0), 1);    printk("scull exit success\n");}MODULE_AUTHOR("Ziping Chen <[e-mail]>");MODULE_LICENSE("GPL");module_init(scull_init);module_exit(scull_exit);

scull.h:

#ifndef SCULL_H_#define SCULL_H_//定义幻数#define SCULL_IOC_MAGIC '$'//定义命令->//数据清零#define SCULL_IOC_CLEAR _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 0)//获取数据(通过指针)#define SCULL_IOC_GET   _IOR(SCULL_IOC_MAGIC, 1, int)//获取数据(通过返回值)#define SCULL_IOC_QUERY _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 2)//设置数据(通过指针)#define SCULL_IOC_SET   _IOW(SCULL_IOC_MAGIC, 3, int)//设置数据(通过直接引用参数值)#define SCULL_IOC_TELL  _IO(SCULL_IOC_MAGIC, 4)#endif

Makefile:

obj-m := scull.o #编译进模块KERNELDIR := /lib/modules/4.4.0-59-generic/build #此处为linux内核库目录PWD := $(shell pwd) #获取当前目录OUTPUT := $(obj-m) $(obj-m:.o=.ko) $(obj-m:.o=.mod.o) $(obj-m:.o=.mod.c) modules.order Module.symversmodules:    $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modulesclean:    rm -rf $(OUTPUT)

linux c应用程序测试：

#include <stdio.h>#include <fcntl.h>#include <sys/ioctl.h>#include "scull.h"int main(void){    int fd;    int data;//打开设备    fd = open("/dev/scull", O_RDWR);    if (fd == -1) {        printf("open scull device failed!\n");        return -1;    }//数据清零      ioctl(fd, SCULL_IOC_CLEAR);//直接传值测试    data = ioctl(fd, SCULL_IOC_QUERY);    printf("app data %d\n", data);    data = 100;    ioctl(fd, SCULL_IOC_TELL, data);//指针传值测试    ioctl(fd, SCULL_IOC_GET, &data);    data = 122;    ioctl(fd, SCULL_IOC_SET, &data);    return 0;}

测试结果：

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3.代码解析：

代码的大部分解析都位于上面测试，这里我只是提一下程序编写过程中可能出现的问题：

• error: unknown field 'ioctl' specified in initializer

  这个错误是因为在linux 2.6.36内核之后，去掉了原来的ioctl，添加两个新的成员：

  long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);

  将scull_fops中.ioctl替换为.unlocked_ioctl，另外scull_ioctl()要去掉inode参数，返回类型为long。

• 没有编写scull_open()函数，设备默认成功打开。

• 编译没有成功可能是没有包含对应的头文件，头文件可以通过查阅手册或者网络搜索得知。
• 查看printk信息可通过 dmesg shell指令。
• 每个函数的参数都是确定的不变的，不要自己擅自改动。

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