Linux内核设备驱动之高级字符设备驱动笔记整理

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 * 高级字符设备驱动
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(1)ioctl

除了读取和写入设备外，大部分驱动程序还需要另外一种能力，即通过设备驱动程序执行各种类型的硬件控制。比如弹出介质，改变波特率等等。这些操作通过ioctl方法支持，该方法实现了同名的系统调用。

在用户空间，ioctl系统调用的原型是：

int ioctl(int fd, unsigned long cmd, ...); fd: 打开的设备文件描述符 cmd: 命令 第三个参数：根据不同的命令，可以是整数或指针，也可以没有。 采用"..."的方式只是用于避免编译器报错。

驱动程序的ioctl方法原型和用户空间的版本有一些不同：

int (*ioctl) (struct inode *inode,    
      struct file *filp, 
      unsigned int cmd,
      unsigned long arg);
inode/filp: 对应用户空间的fd
cmd: 对应用户空间传来的cmd
arg: 对应传来的cmd参数

大多数ioctl的实现中都包括一个switch语句，用于根据cmd参数选择对应的操作。用户空间和内核空间的命令号要一致。

(2)选择ioctl的命令号

在编写ioctl的代码之前，要选择对应不同命令的编号。不能简单地从0或1开始选择编号，因为linux要求这个命令号应该在系统范围内唯一。linux内核采用约定方法为驱动程序选择ioctl号，可以参考include/asm/ioctl.h和Documentation/ioctl-number.txt。

一个ioctl号为32位，linux将其分成4个部分，构建一个ioctl号码所需要的宏都定义在<linux/ioctl.h>：

type 8位幻数。其实就是为你的驱动选定一个号码。参考ioctl-number.txt number 8位序数。 direction 2位。定义了数据的传输方向。如_IOC_NONE(没有数据传输)，_IOC_READ|_IOC_WRITE(双向数据传输)。注意这个方向是对用户而言的，所以IOC_READ意味着从设备读取数据，驱动应该向用户空间写入数据。 size 14位。所涉及的用户数据大小。

可以采用<linux/ioctl.h>中的宏构建一个ioctl号

_IO(type, nr) _IOR(type,nr,datatype) _IOW(type,nr,datatype)

返回值

对于系统调用来说，正的返回值是首保护的，而负值被认为是一个错误，并被用来设置用户空间的error变量。如果在调用ioctl方法时传入了没有定义的ioctl号，则系统返回的错误值为-ENVAL和-ENOTTY

(3)阻塞和非阻塞型操作

对于read和write等操作，默认的操作是阻塞型的，其特性是：

*如果一个进程调用了read但还没有数据可读，则此进程必须阻塞。数据到达时进程被唤醒，并把数据返回给调用者，即使数据数目少于count参数指定的数据也会返回。

*如果一个进程调用了write但缓冲区没有空间，则此进程必须阻塞，而且必须休眠在与读进程不同的等待队列上。当向硬件设备写入一些数据，从而腾出了部分输出缓冲区后，进程即被唤醒，write调用成功。