文章目录
ioctl介绍
linux内核给用户提供了两类系统调用函数：一类是数据操作函数，比如read、write...。 另外一类函数是非数据操作函数，比如ioctl...，用户程序可以用ioctl给底层设备发送指令。 ioctl 是设备驱动程序中设备控制接口函数，一个字符设备驱动通常会实现设备打开、关闭、读、写等功能，在一些需要细分的情境下，如果需要扩展新的功能，通常以增设 ioctl() 命令的方式实现。
==在文件 I/O 中，ioctl 扮演着重要角色，本文将以驱动开发为侧重点，从用户空间到内核空间纵向分析 ioctl 函数。 ==
应用层详解
应用层执行以下函数给底层发送消息，用此函数需要包括头文件#include <sys/ioctl.h>
c
int ioctl(int fd, int cmd, ...) ;| 参数 | 描述 |
|---|---|
| fd | 文件描述符 |
| cmd | 交互协议，设备驱动将根据 cmd 执行对应操作 |
| ... | 可变参数 arg，依赖 cmd 指定长度以及类型 |
ioctl() 函数执行成功时返回 0，失败则返回 -1
驱动层详解
在驱动层可以通过自定义的函数操作集来实现，如下所示，unlocked_ioctl就是有关ioctl在驱动层的实现。
c
static const struct file_operations timer_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = timer_open,
.unlocked_ioctl = timer_unlocked_ioctl,
};该函数的定义如下：
c
static long timer_unlocked_ioctl(struct file *filep, unsigned int cmd, unsigned long arg)| 参数 | 描述 |
|---|---|
| fd | 文件描述符 |
| cmd | 交互协议，设备驱动将根据 cmd 执行对应操作 |
| ... | 可变参数 arg，依赖 cmd 指定长度以及类型 |
当应用层执行ioctl函数时，驱动层就会对应的执行unlocked_ioctl函数。
ioctl的cmd
ioctl 方法第二个参数 cmd 为用户与驱动的 "协议"，理论上可以为任意 int 型数据，可以为 0、1、2、3......，但是为了确保该 "协议" 的唯一性，ioctl 命令应该使用更科学严谨的方法赋值，在linux中，提供了一种 ioctl 命令的统一格式，将 32 位 int 型数据划分为四个位段，如下图所示：
- dir（direction），ioctl 命令访问模式（数据传输方向），占据 2 bit，可以为 _IOC_NONE、_IOC_READ、_IOC_WRITE、_IOC_READ | _IOC_WRITE，分别指示了四种访问模式：无数据、读数据、写数据、读写数据；
- size，涉及到 ioctl 函数 第三个参数 arg ，占据 13bit 或者 14bit（体系相关，arm 架构一般为 14 位），指定了 arg 的数据类型及长度，如果在驱动的 ioctl 实现中不检查，通常可以忽略该参数；
- type（device type），设备类型，占据 8 bit，在一些文献中翻译为 "幻数" 或者 "魔数"，可以为任意 char 型字符，如 'a'、'b'、'c' 等等，其主要作用是使 ioctl 命令有唯一的设备标识；
- nr（number），命令编号/序数，占据 8 bit，可以为任意 unsigned char 型数据，取值范围 0~255，如果定义了多个 ioctl 命令，通常从 0 开始编号递增；
c
// include/uapi/asm-generic/ioctl.h
/* used to create numbers */
#define _IO(type,nr) _IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)
#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)))
_IO： 定义不带参数的 ioctl 命令
_IOW： 定义带写参数的 ioctl 命令（copy_from_user）
_IOR： 定义带读参数的ioctl命令（copy_to_user）
_IOWR： 定义带读写参数的 ioctl 命令实验例程
c
#define CLOSE_CMD (_IO(0XEF, 0x1)) /* 关闭定时器 */
#define OPEN_CMD (_IO(0XEF, 0x2)) /* 打开定时器 */
#define SETPERIOD_CMD (_IO(0XEF, 0x3)) /* 设置定时器周期命令 */
//---------------------------应用层---------------------------------
while(1){
printf("Input CMD:");
ret = scanf("%d",&cmd);
if(ret != 1){ /* 参数输入错误 */
fgets(str,100,stdin); /* 防止卡死 */
}
if(cmd == 1)
cmd = CLOSE_CMD;
else if(cmd == 2)
cmd = OPEN_CMD;
else if(cmd == 3){
cmd = SETPERIOD_CMD;
printf("Input Timer Period:");
ret = scanf("%d",&arg);
if(ret != 1){
fgets(str,100,stdin);
}
}
ioctl(fd,cmd,arg);
}
//--------------------------------驱动层----------------------------------------
static long timer_unlocked_ioctl(struct file *filep, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
unsigned long flags;
int timerperiod;
struct timer_dev *dev = filep->private_data;
switch (cmd) {
case CLOSE_CMD:
del_timer_sync(&dev->timer);
break;
case OPEN_CMD:
spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
timerperiod = dev->timeperiod;
spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
mod_timer(&dev->timer,jiffies+msecs_to_jiffies(timerperiod));
break;
case SETPERIOD_CMD:
spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
dev->timeperiod = arg;
spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
mod_timer(&dev->timer,jiffies+msecs_to_jiffies(dev->timeperiod));
break;
default:
break;
}
return 0;
}
static const struct file_operations timer_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = timer_open,
.unlocked_ioctl = timer_unlocked_ioctl,
};这里有一个疑问，SETPERIOD_CMD是带有传参功能的，为啥也是定义为_IO而不是_IOW。
到这里对pinctrl和gpio子系统的大致说明就结束了，后面有新的相关的重要的内容会继续进行更新。
对代码有兴趣的同学可以查看链接https://github.com/NUAATRY/imx6ull_dev