基于tiny4412开发板led灯字符设备ioctl驱动写法

ioctl接口作用

write：向设备写入数据，单独这个接口并不能满足现实设备控制的全部需求。例如一个LCD控制器：主要作用是驱动lcd屏，要显示就是通过write接口把显示数据发给lcd控制器指定的显存。而参数设置类参数通过write接口设置就可能回和普通的显示数据弄混了。为了解决这个问题，内核提供一个接口ioctl对设备进行控制（参数设置，参数查询等功能）。ioctl主要实现不太好实现的功能。

ioctl系统调用接口

 #include <sys/ioctl.h>       int ioctl(int d, int request, ...);

功能：
给系统通过命令形式，控制硬件设备，相当于linux系统给我们提供了系统扩展功能的一个接口，read`` write等固定用法，而ioctl可由用户自定义命令来执行不同代码。
参数：
d：文件描述符
request：命令(可以是系统命令，也可以是自定义的)
···:表示变参，相当于printf参数一样，可以有，可以没有。是否需要和request命令有关
示例说明可变参的用法：
1）0x10表示开全部灯，
2）0x20表示第N个灯，
3）0x30表示关第N个灯，
4）0x40表示关全部灯。
关闭、开启第几个灯N可以由可变参传入来决定

返回值：
>=0：成功，>0具体什么含义由驱动程序决定
-1:执行失败

ioctl接口驱动模板

文件操作结构体中的定义如下;
long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
所以函数原型应该是：
long xxx_unlocked_ioctl (struct file *pfile, unsigned int cmd, unsigned long args);
功能：
对应于系统调用API的ioctl函数int ioctl(int d, int request, ...);
参数对应关系：
pfile：文件结构指针，间接对应与用户空间ioctl函数的fd参数
cmd：直接对应于request
args：对应于可选参数···
返回值：
>=0：成功，>0具体什么含义由驱动程序决定
<1:执行失败 返回失败错误码，不一定是-1，但是只要是错误码,在上层一定是-1，这里的错误码提供给内核，比如内存不足，返回-EFAULT,所返回的错误码会被储存在系统全局变量errno中。
EFAULT:args 非法
EINVAL：参数无效

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接口测试实验

写一个驱动代码实现unlocked_ioctl接口

设计思路：由于控制程序ioctl函数中request参数对应驱动程序cmd参数，而应用程序通过传递不同的值来告诉驱动程序做不同的事情，所以，驱动中unlocked_ioctl接口代码函数内部一定是要判断cmd值执行不同的代码段，所以就是一个if语句或者是一个switch语句。完成对cmd的判断。

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标准ioctl接口命令的合成

ioctl命令规则

1.系统自定义命令：执行优先级高于用户自定义命令
2.用户自定义命令
ioctl命令执行：不直接就执行驱动中的unlocked_ioctl接口，而是先根据cmd情况是否属于预定义命令，如果是则去执行，完成后返回，返回后可能执行用户自定义的命令，也可能直接返回，不执行用户命令。

避免命令冲突：内核为解决这个问题，定义了一个规则，命令是特定格式组成的，
内核说明文档：
ioctl-decoding.txt \linux-3.5\Documentation\ioctl
ioctl-number.txt \linux-3.5\Documentation\ioctl

编码格式：

位段 含义 31-30 命令传输方向 00 no parameters: uses _IO macro 没有参数：使用宏_IO 10 read: _IOR 从内核读取读取：使用宏_IOR 01 write: _IOW 向内核写入：使用宏_IOW 11 read/write: _IOWR 读/写：使用宏_IOWR 29-16 size of arguments 用户和驱动之间有数据传输时有效表示数据大小 15-8 ascii character supposedly unique to each driver 给每一个驱动分配一个字符区分 7-0 function #同一个驱动中所有cmd命令编号0~255，一般值都是连续的

内核合成宏：
路径： ioctl.h \linux-3.5\include\asm-generic

合成宏 含义 _IO(type,nr) 定义没有数据传递的命令 _IOR(type,nr,size) 定义从驱动中读取的命令 _IOW(type,nr,size) 定义向驱动中写入的命令 _IOWR(type,nr,size) 定义双向数据传输的命令

参数：
type：表示命令组成的魔数，也就是8~15位
nr：表示命令的编号，也就是0~7位
size:b表示命令组成参数传递的大小，但是这里传递的不是数字，而是数据类型

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分解宏 含义 _IOC_DIR(nr) 分解命令的方向 _IOC_TYPE(nr) 分解命令的魔数 _IOC_NR(nr) 分解命令的编号 _IOC_SIZE(nr) 分解命令的大小

参数：
nr：命令

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利用ioctl向驱动写数据

//例如用户空间有unsigned char buf[100];ioctl(fd,cmd,(unsigned long)buf);

long unlocked_ioctl(struct file *pfil, unsigned int cmd, unsigned long args){//这里args就是把用户空间传下来的buf的地址转换成数字//这里再把数字还原成指针copy_from_user(kbuf,(void*)args,4);//固定写4个字节，这样写不太规范实际应该从命令中获取数据数目}

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利用ioctl从驱动读取数据

long unlocked_ioctl(struct file *pfil, unsigned int cmd, unsigned long args){//这里args就是把用户空间传下来的buf的地址转换成数字//这里再把数字还原成指针copy_to_user(kbuf,(void*)args,4);}

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交互数据 先读取用户空间 再传给用户空间

long unlocked_ioctl(struct file *pfil, unsigned int cmd, unsigned long args){//这里args就是把用户空间传下来的buf的地址转换成数字//这里再把数字还原成指针copy_from_user(kbuf,(void*)args,4);//固定写4个字节，这样写不太规范实际应该从命令中获取数据数目······copy_to_user(kbuf,(void*)args,4);//固定写4个字节，这样写不太规范实际应该从命令中获取数据数目}

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驱动接口函数接口函数示例

long leddriver_ioctl (struct file *pfile, unsigned int cmd, unsigned long args){   unsigned char LEN_NUM=4;   int ret=0;   int nr=0;   switch(cmd)    {    case LED_ALL_ON:        GPM4DAT &= ~(0xf<<0);        break;    case LED_ALL_OFF:        GPM4DAT |= (0XF<<0);        break;    case LED_ON_N:    case LED_OFF_N:        ret=copy_from_user(&nr,(void *)args,_IOC_SIZE(cmd));    //数据拷贝失败 返回错误码    if(ret)        {      return -EFAULT;    }    //如果灯的标号大于等于4 返回错误码    if(nr>= LED_NUM)        {       return -EINVAL;    }    if(cmd == LED_ON_N)        {       GPM4DAT &= ~(1<<nr);    }else{       GPM4DAT |= (1<<nr);    }    break;    default:        return -EINVAL;        break;  }}

完整代码

#include<linux/kernel.h>#include<linux/module.h>#include<linux/init.h>#include<asm/io.h>#include<asm/uaccess.h>#include<linux/fs.h>#include<linux/cdev.h>#include<linux/kdev_t.h>#include<linux/slab.h>#include<linux/device.h> //增加自动创建设备头文件#include<linux/uaccess.h>#include "iocmd.h"//定义字符设备结构体static struct cdev *leddriver_cdev;//定义设备号（包含主次）static dev_t leddriver_num=0;//定义设备类static struct class *leddriver_class;//定义设备结构体static struct device *leddriver_device;//定义错误返回类型static int  err;//定义设备名称#define LEDDRIVER_NAME "myled"#define GPM4CON_ADDR 0x110002E0 #define GPM4DAT_ADDR 0X110002E4static volatile unsigned long *gpm4con=NULL;  static volatile unsigned long *gpm4dat=NULL;#define GPM4CON *gpm4con#define GPM4DAT *gpm4datssize_t leddriver_read(struct file *file, char __user *usr, size_t size, loff_t *loft){    loff_t cur_pos=*loft;//取出当前读写位置值  unsigned char led_statue[10],i,LED_NUM=4;  //读取数据长度为0什么也不做 返回0 退出程序的执行  if(size<=0)    {    return 0;  }  //读取位置在末尾 无论size是多少都不能读出数据 数据有效区域越界  if(cur_pos>=LED_NUM)    {     return 0;  }  //判断size+当前位置是大于文件大小，只读取有效位的内容  if(cur_pos+size>LED_NUM)    {    size=LED_NUM-cur_pos;  }  for(i=0;i<LED_NUM;i++)    {     if(GPM4DAT &(1<<i))     led_statue[i]=1;     else        led_statue[i]=0;  }  if(copy_to_user(usr,&led_statue[cur_pos],size)){     printk("copy to user err\r\n");     return -EFAULT;    };  //指针重新定位当前位置  *loft+=size; return size;}ssize_t leddriver_write (struct file *file, const char __user *usr, size_t size, loff_t *loft){  loff_t cur_pos=*loft;  unsigned char led_statue[10],i,LED_NUM=4;  //写入数据大小为0 什么也不操作返回0退出  if(size<=0)    {    return 0;  }  //当前位置大于等于文件最大有效数据，即使写入数据也是无效，所依不进行操作 返回0退出  if(cur_pos>=LED_NUM)    {   return 0;  }  //如果当前位置加上所要读取数据的长度大于剩余有效位   只读取有效数据位的数值  if(size+cur_pos>LED_NUM)    {   size=LED_NUM-cur_pos;  }  if(copy_from_user(&led_statue[cur_pos],usr,size))    {     printk("copy from user err\r\n");     return -EFAULT;  }  for(i=0;i<size;i++)    {    if(led_statue[i+cur_pos]==0)    GPM4DAT &= ~(1<<(i+cur_pos));    else    GPM4DAT |= (1<<(i+cur_pos));      }  *loft+=size;  return size;}int leddriver_open (struct inode *node, struct file *pfile){  printk("files open is success\r\n");  return 0;}loff_t leddriver_llseek(struct file *pfile, loff_t loft, int whence){    loff_t tmp;unsigned char LED_NUM=4;switch(whence){case SEEK_SET:    tmp=loft;    break;case SEEK_CUR:    tmp=pfile->f_pos+loft; //当前位置加上调整值    break;case SEEK_END:    tmp=LED_NUM+loft;    break;default:return -EINVAL;//告诉程序具体错误原因  参数无效break;}//检测最后的结果是否合法if(tmp<0 || tmp>LED_NUM){return -EINVAL;}//更新文件调整后的结果到文件结构体中pfile->f_pos=tmp;//返回调整后的结果return tmp;}int leddriver_release (struct inode *node, struct file *file){  printk("leddriver close is success\r\n");  return 0;}long leddriver_ioctl (struct file *pfile, unsigned int cmd, unsigned long args){   unsigned char LEN_NUM=4;   int ret=0;   int nr=0;   switch(cmd)    {    case LED_ALL_ON:        GPM4DAT &= ~(0xf<<0);        break;    case LED_ALL_OFF:        GPM4DAT |= (0XF<<0);        break;    case LED_ON_N:     case LED_OFF_N:        ret=copy_from_user(&nr,(void *)args,_IOC_SIZE(cmd));    //数据拷贝失败 返回错误码    if(ret)        {      return -EFAULT;    }    //如果灯的标号大于等于4 返回错误码    if(nr>= LED_NUM)        {       return -EINVAL;    }    if(cmd == LED_ON_N)        {       GPM4DAT &= ~(1<<nr);    }else{       GPM4DAT |= (1<<nr);    }    break;    default:        return -EINVAL;        break;  }  return 0;}//文件操作函数结构体static struct file_operations leddriver_fops={    .owner=THIS_MODULE,    .open=leddriver_open,    .release=leddriver_release,    .read=leddriver_read,    .write=leddriver_write,    .llseek=leddriver_llseek,    unlocked_ioctl=leddriver_ioctl,};static __init int ldedriver_init(void){//分配字符设备结构体，前面只是定义没有分配空间leddriver_cdev=cdev_alloc();//判断分配成功与否if(leddriver_cdev==NULL){  err=-ENOMEM;  printk("leddriver alloc is err\r\n");  goto err_leddriver_alloc;}//动态分配设备号err=alloc_chrdev_region(&leddriver_num, 0, 1, LEDDRIVER_NAME);//错误判断if(err<0){  printk("alloc leddriver num is err\r\n");  goto err_alloc_chrdev_region;}//初始化结构体cdev_init(leddriver_cdev,&leddriver_fops);//驱动注册err=cdev_add(leddriver_cdev,leddriver_num,1);if(err<0){  printk("cdev add is err\r\n");  goto err_cdev_add;}//创建设备类leddriver_class=class_create(THIS_MODULE,"led_class");  err=PTR_ERR(leddriver_class);  if(IS_ERR(leddriver_class))    {printk("leddriver creat class is err\r\n");goto err_class_create;  }//创建设备  leddriver_device=device_create(leddriver_class,NULL, leddriver_num,NULL, "leddevice"); err=PTR_ERR(leddriver_device);    if(IS_ERR(leddriver_device))        {printk("leddriver device creat is err \r\n");goto err_device_create;    }//led灯寄存器配置    gpm4con=ioremap(GPM4CON_ADDR, 4);    gpm4dat=ioremap(GPM4DAT_ADDR, 4);    GPM4CON &= ~(0XFFFF<<0);    GPM4CON |= (0x1111<<0);    GPM4DAT |= (0XF<<0);printk("leddriver init is success\r\n");return 0;err_device_create:class_destroy(leddriver_class);err_class_create: cdev_del(leddriver_cdev);err_cdev_add:unregister_chrdev_region(leddriver_num, 1);err_alloc_chrdev_region:kfree(leddriver_cdev);err_leddriver_alloc:return err;}static __exit void leddriver_exit(void){    //取消映射    iounmap(gpm4con);    iounmap(gpm4dat);  device_destroy(leddriver_class,leddriver_num);  class_destroy(leddriver_class);  cdev_del(leddriver_cdev);  unregister_chrdev_region(leddriver_num, 1);  printk("leddriver is exit\r\n");}module_init(ldedriver_init);module_exit(leddriver_exit);MODULE_LICENSE("GPL");

app函数

#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>#include <stdio.h>#include <stdlib.h>#include "iocmd.h"int main(int argc,char *argv[]){  int led_fd,i;  led_fd = open(argv[1],O_RDWR);  while(1)    {   ioctl(led_fd,LED_ALL_ON);   sleep(2);    for(i=0;i<4;i++)    {      ioctl(led_fd,LED_OFF_N,i);      sleep(1);    }    for(i=0;i<4;i++)    {      ioctl(led_fd,LED_ON_N,i);      sleep(1);    }    ioctl(led_fd,LED_ALL_OFF);    sleep(2);  }    sleep(1);  close(led_fp);}

公共头文件

#ifndef _IOCMD_H_#define _IOCMD_H_#define LED_ALL_ON _IO('L',0)#define LED_ALL_OFF _IO('L',1)#define LED_ON_N _IOW('L',2,int)#define LED_OFF_N _IOW('L',3,int)#endif //_IOCMD_H_

Makefile

KERN_DIR = /zhangchao/linux3.5/linux-3.5all:    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modulescp:    cp ./* /zhangchao/rootfs/zhangchaoclean:    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean    rm -rf modules.orderobj-m += led.o