ioctl()中的cmd
来源:互联网 发布:base64 decode php 编辑:程序博客网 时间:2024/06/05 04:42
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 | 8~14 bit |
|-------------|-----------|-------|-------------|
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Linux Kernel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switch{case}结构进行相应的操作。
在驱动程序里, ioctl() 函数上传送的变量 cmd 是应用程序用于区别设备驱动程序请求处理内容的值。cmd除了可区别数字外,还包含有助于处理的几种相应信息。 cmd的大小为 32位,共分 4 个域:
bit31~bit30 2位为 “区别读写” 区,作用是区分是读取命令还是写入命令。
bit29~bit16 14位为 "数据大小" 区,表示 ioctl() 中的 arg 变量传送的内存大小。
bit15~bit08 8位为 “魔数"(也称为"幻数")区,这个值用以与其它设备驱动程序的 ioctl 命令进行区别。
bit07~bit00 8位为 "区别序号" 区,是区分命令的命令顺序序号。
像命令码中的 “区分读写区” 里的值可能是 _IOC_NONE (0值)表示无数据传输,_IOC_READ (读), _IOC_WRITE (写) , _IOC_READ|_IOC_WRITE (双向)。
内核定义了 _IO() , _IOR() , IOW() 和 _IOWR() 这 4 个宏来辅助生成上面的 cmd 。下面分析 _IO() 的实现,其它的类似。
在 asm-generic/ioctl.h 里可以看到 _IO() 的定义:
#define _IO(type,nr) _IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)
再看 _IOC() 的定义:
#define _IOC(dir,type,nr,size) \
(((dir) << _IOC_DIRSHIFT) | \
((type) << _IOC_TYPESHIFT) | \
((nr) << _IOC_NRSHIFT) | \
((size) << _IOC_SIZESHIFT))
可见,_IO() 的最后结果由 _IOC() 中的 4 个参数移位组合而成。
再看 _IOC_DIRSHIT 的定义:
#define _IOC_DIRSHIFT (_IOC_SIZESHIFT+_IOC_SIZEBITS)
_IOC_SIZESHIFT 的定义:
#define _IOC_SIZESHIFT (_IOC_TYPESHIFT+_IOC_TYPEBITS)
_IOC_TYPESHIF 的定义:
#define _IOC_TYPESHIFT (_IOC_NRSHIFT+_IOC_NRBITS)
_IOC_NRSHIFT 的定义:
#define _IOC_NRSHIFT 0
_IOC_NRBITS 的定义:
#define _IOC_NRBITS 8
_IOC_TYPEBITS 的定义:
#define _IOC_TYPEBITS 8
由上面的定义,往上推得到:
引用
_IOC_TYPESHIFT = 8
_IOC_SIZESHIFT = 16
_IOC_DIRSHIFT = 30
所以,(dir) << _IOC_DIRSHIFT) 表是 dir 往左移 30 位,即移到 bit31~bit30 两位上,得到方向(读写)的属性;
(size) << _IOC_SIZESHIFT) 位左移 16 位得到“数据大小”区;
(type) << _IOC_TYPESHIFT) 左移 8位得到"魔数区" ;
(nr) << _IOC_NRSHIFT) 左移 0 位( bit7~bit0) 。
这样,就得到了 _IO() 的宏值。
这几个宏的使用格式为:
* _IO (魔数, 基数);
* _IOR (魔数, 基数, 变量型)
* _IOW (魔数, 基数, 变量型)
* _IOWR (魔数, 基数,变量型 )
魔数 (magic number)
魔数范围为 0~255 。通常,用英文字符 "A" ~ "Z" 或者 "a" ~ "z" 来表示。设备驱动程序从传递进来的命令获取魔数,然后与自身处理的魔数想比较,如果相同则处理,不同则不处理。魔数是拒绝误使用的初步辅助状态。设备驱动程序可以通过 _IOC_TYPE (cmd) 来获取魔数。不同的设备驱动程序最好设置不同的魔数,但并不是要求绝对,也是可以使用其他设备驱动程序已用过的魔数。
基(序列号)数
基数用于区别各种命令。通常,从 0开始递增,相同设备驱动程序上可以重复使用该值。例如,读取和写入命令中使用了相同的基数,设备驱动程序也能分辨出来,原因在于设备驱动程序区分命令时使用 switch ,且直接使用命令变量 cmd值。创建命令的宏生成的值由多个域组合而成,所以即使是相同的基数,也会判断为不同的命令。设备驱动程序想要从命令中获取该基数,就使用下面的宏:
_IOC_NR (cmd)
通常,switch 中的 case 值使用的是命令的本身。
变量型
变量型使用 arg 变量指定传送的数据大小,但是不直接代入输入,而是代入变量或者是变量的类型,原因是在使用宏创建命令,已经包含了 sizeof() 编译命令。比如 _IOR() 宏的定义是:
引用
#define _IOR(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
而 _IOC_TYPECHECK() 的定义正是:
引用
#define _IOC_TYPECHECK(t) (sizeof(t))
设备驱动程序想要从传送的命令获取相应的值,就要使用下列宏函数:
_IOC_SIZE(cmd)
_IO 宏
该宏函数没有可传送的变量,只是用于传送命令。例如如下约定:
引用
#define TEST_DRV_RESET _IO ('Q', 0)
此时,省略由应用程序传送的 arg 变量或者代入 0 。在应用程序中使用该宏时,比如:
ioctl (dev, TEST_DEV_RESET, 0) 或者 ioctl (dev, TEST_DRV_RESET) 。
这是因为变量的有效因素是可变因素。只作为命令使用时,没有必要判断出设备上数据的输出或输入。因此,设备驱动程序没有必要执行设备文件大开选项的相关处理。
_IOR 宏
该函数用于创建从设备读取数据的命令,例如可如下约定:
引用
#define TEST_DEV_READ _IRQ('Q', 1, int)
这说明应用程序从设备读取数据的大小为 int 。下面宏用于判断传送到设备驱动程序的 cmd 命令的读写状态:
_IOC_DIR (cmd)
运行该宏时,返回值的类型如下:
* _IOC_NONE : 无属性
* _IOC_READ : 可读属性
* _IOC_WRITE : 可写属性
* _IOC_READ | _IOC_WRITE : 可读,可写属性
使用该命令时,应用程序的 ioctl() 的 arg 变量值指定设备驱动程序上读取数据时的缓存(结构体)地址。
_IOW 宏
用于创建设备上写入数据的命令,其余内容与 _IOR 相同。通常,使用该命令时,ioctl() 的 arg 变量值指定设备驱动程序上写入数据时的缓存(结构体)地址。
_IOWR 宏
用于创建设备上读写数据的命令。其余内容与 _IOR 相同。通常,使用该命令时,ioctl() 的 arg 变量值指定设备驱动程序上写入或读取数据时的缓存 (结构体) 地址。
_IOR() , _IOW(), IORW() 的定义:
#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)))
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