linux 64位系统兼容32bit程序 ioctl调用cmd匹配问题解决

在将32位应用程序移植到64位Linux系统时,遇到ioctl调用cmd匹配问题。文章介绍了ioctl函数概念、cmd命令码详细情况,并详细讲述了问题的产生原因——64位系统中指针size与32位不同,导致cmd匹配失败。通过修改_IOW宏定义,将char *替换为int,确保size在32位和64位系统中一致,从而解决了匹配问题。


最近做64位系统移植;发现romfs32位应用程序)和底层驱动(Linux内核64位系统)在调用ioctl的时候 cmd匹配不上。

既然说到了ioctl,那么什么是ioctl呢。我们首先介绍一下ioctl函数的概念。

 

1ioctl函数

ioctl设备驱动程序中对设备的I/O通道进行管理的函数。所谓对I/O通道进行管理,就是对设备的一些特性进行控制,例如串口的传输波特率、马达的转速等等。它的参数个数如下:int ioctl(int fd, int cmd,…);其中fd就是用户程序打开设备时使用open函数返回的文件标示符,cmd就是用户程序对设备的控制命令,至于后面的省略号,那是一些补充参数,一般最多一个,有或没有是和cmd的意义相关的。ioctl函数是文件结构中的一个属性分量,就是说如果你的驱动程序提供了对ioctl的支持,用户就能在用户程序中使用ioctl函数控制设备的I/O通道。(此段定义摘抄至百度百科)

 

举个应用层怎么调用ioctl函数的例子:

     int fd = -1;
char portname[8] = {0};

int temp = 0;
   if (argc < 2)
    {
        usage();
        return 0;
    }
   
   
fd =open("/dev/XXXdriver", O_RDWR, 0);  /*
打开一个设备*/
    if (fd < 0)
    {
        printf("Open XXXdriverfailure!\n");
        return 0;
    }

/*成功打开一个设备之后,匹配输入的命令 */

if(!strcmp(argv[1],"-test"))  /*假设命令是test */

 {

       DevSet config_data; 

<think>好的,我现在需要回答用户关于Linux系统ioctl处理流程以及IOC宏的定义和用法的问题。首先,我得回忆一下自己之前学过的相关知识,并结合用户提供的引用内容来整理答案。用户的问题分两部分:ioctl的处理流程和IOC宏的定义及处理流程。我需要确保两部分都覆盖到,并且引用内容中的信息要正确使用。同时,用户还要求使用中文回答,结构清晰,并生成相关问题。此外,要注意LaTeX格式的正确使用,行内公式用$...$,独立公式用$$...$$,不过目前看起来这个问题可能涉及代码较多,数学公式可能较少,但如果有的话需要正确应用。首先,关于ioctl的处理流程。我记得ioctl是设备驱动中的一个系统调用,用于设备特定的控制命令。用户空间的程序通过ioctl向设备驱动发送命令,驱动根据命令执行相应的操作。处理流程大致分为用户空间调用系统调用进入内核、路由到对应驱动的ioctl函数、解析命令和执行操作这几个步骤。需要详细说明每个步骤,并引用提供的引用内容中的相关信息。接下来是IOC宏的定义和用法。用户提供的引用中有多个关于_IOC宏的说明,比如引用[1]、[3]、[5]等。这些引用详细说明了如何通过宏生成ioctl命令,包括方向、类型、序号和大小四个部分的组合。需要解释这些宏的参数如何移组合成一个32的命令值,以及各个字段的含义,如方向(读/写)、类型(魔数)、序号和传输数据的大小。同时,要提到常用的宏如_IO、_IOR、_IOW、_IOWR,以及它们如何使用_IOC宏来生成具体的命令值。在回答时,需要结合用户提供的引用内容,例如引用[3]中提到的_IOC宏的移操作,以及各个移量的计算方式。例如,_IOC_DIRSHIFT是30,所以方向字段占据最高两bit31和bit30),类型字段在接下来的8bit29到bit22),序号在接下来的8bit21到bit14),大小在接下来的14bit13到bit0)。不过根据引用[3]中的推导,可能实际的置需要再确认一下,比如dir移bit31-30,type移bit23-16,nr在bit15-8,size在bit7-0?或者可能我记错了,需要仔细核对引用中的内容。例如,引用[3]中提到: _IOC_TYPESHIFT =8_IOC_SIZESHIFT =16_IOC_DIRSHIFT=30所以,dir左移30bit31-30,type左移8bit23-16,nr左移0bit7-0?或者可能其他字段的置需要重新计算。这里可能存在混淆,需要仔细阅读引用中的内容。例如,引用[3]中说明: 由上面的定义,往上推得到:_IOC_TYPESHIFT=8_IOC_SIZESHIFT=16_IOC_DIRSHIFT =30然后,各个部分的移情况: (dir) <<30 →bit31-30(两) (type) <<8→ bit23-16(8)(nr) <<0→ bit7-0(8) (size) <<16→ bit29-16?或者可能我理解错了。根据引用[3]中的描述: _IOC_SIZESHIFT =16,所以size左移16,即占据bit31-16?但前面还有dir左移30,type左移8,nr左移0。这可能需要更仔细的分析。 根据引用[3]中的计算: _IOC_NRSHIFT =0,_IOC_NRBITS =8,所以nr占用bit0-7(8) _IOC_TYPESHIFT =8(_IOC_NRSHIFT+ _IOC_NRBITS =0+8=8),所以type占用bit8-15(8)_IOC_SIZESHIFT= _IOC_TYPESHIFT+ _IOC_TYPEBITS=8+8=16,所以size左移16,即占据bit16-29(14,因为_IOC_SIZEBITS=14?或者要看具体定义)。根据引用[3],_IOC_SIZEBITS可能定义为14?因为size是左移16,并且_IOC_SIZE宏通过移得到。例如,引用[3]中:_IOC_SIZESHIFT =16所以,size左移16,占据bit16到bit29(14,如果_IOC_SIZEBITS是14的话),然后dir左移30,占据bit30-31(两)。所以,整个命令的结构是:-bit31-30: dir(2)- bit29-16: size(14)-bit15-8: type(8)-bit7-0:nr(8) 或者可能这个顺序有问题,需要根据引用中的宏定义来确定。例如,_IOC宏的定义是:(((dir)<< _IOC_DIRSHIFT)| ((type)<< _IOC_TYPESHIFT) |((nr) <<_IOC_NRSHIFT)| ((size)<< _IOC_SIZESHIFT)) 假设各个移后的置不重叠,那么每个字段占据不同的段。例如,dir左移30后占据最高两(31-30),type左移8占据接下来的8(29-22),nr左移0占据最低8(7-0),而size左移16占据中间的16?但这样的话,可能中间会有重叠?或者可能,根据引用[3]中的计算: _IOC_DIRSHIFT=30,所以dir左移30,占据bit31-30(两) _IOC_TYPESHIFT=8,所以type左移8,占据bit15-8(8)_IOC_NRSHIFT=0,所以nr在bit7-0(8)_IOC_SIZESHIFT=16,所以size左移16,占据bit31-16?但是这样的话,dir已经在bit31-30,type在bit15-8,size在bit31-16,这会产生重叠,这显然有问题。可能我的理解有误,需要重新分析。引用[3]中的推导: _IOC_NRSHIFT=0,_IOC_NRBITS=8→ nr占用bit0-7(8) _IOC_TYPESHIFT=_IOC_NRSHIFT+ _IOC_NRBITS=0+8=8 →type占用bit8-15(8)_IOC_SIZESHIFT=_IOC_TYPESHIFT +_IOC_TYPEBITS=8+8=16→ size左移16,即bit16开始,但具体多少?根据引用[3],_IOC_SIZE宏的定义: #define_IOC_SIZE(nr) (((nr)>> _IOC_SIZESHIFT) &((1<< _IOC_SIZEBITS) -1))而_IOC_SIZEBITS的定义可能在引用中没有明确给出,但根据引用[3]中的推导:_IOC_DIRSHIFT =_IOC_SIZESHIFT +_IOC_SIZEBITS →30=16 +_IOC_SIZEBITS →_IOC_SIZEBITS=14所以,size字段占据14,从bit16到bit29(14),然后dir在bit30-31(两),type在bit8-15(8),nr在bit0-7(8)。这样整个命令的结构是:-31-30:dir (2 bits) -29-16: size(14bits)-15-8:type (8 bits) -7-0: nr(8bits)这样各个字段的置不重叠,组合起来形成一个32的命令值。这样,当使用_IOR、_IOW等宏时,会根据不同的dir(读、写、读写)生成对应的命令。例如,_IOR对应的dir是_IOC_READ(可能是1),_IOW是_IOC_WRITE(可能是2),_IOWR是_IOC_READ |_IOC_WRITE(3)。 在回答中需要明确说明各个宏的作用,以及如何通过参数生成命令值,比如_IO(type, nr)用于不带数据传输的命令,_IOR(type,nr,size)用于读命令,_IOW用于写,_IOWR用于读写。接下来,关于ioctl的处理流程,用户空间的调用会通过系统调用进入内核,然后内核根据文件描述符找到对应的设备驱动,并调用驱动的unlocked_ioctl或compat_ioctl函数。驱动中需要解析命令,根据命令中的type、nr、dir和size来执行相应的操作,比如从用户空间复制数据或向用户空间返回数据。 在代码示例部分,可能需要给出一个简单的驱动ioctl函数的结构,比如使用switch语句根据命令的不同执行不同的操作。同时,要提到如何检查命令的有效性,比如使用_IOC_TYPE(cmd)来检查魔数是否正确,防止命令错误。 在引用用户提供的资料时,比如引用[3]详细描述了_IOC宏的构成,引用[5]说明了各个宏的作用,如_IOR用于读,_IOW用于写,_IOWR用于读写。需要正确引用这些内容,例如在解释宏定义时引用[3],在说明宏用途时引用[5]。 最后,生成相关问题需要考虑用户可能进一步的问题,比如如何选择魔数、如何避免命令冲突、ioctl的安全性问题、实际驱动中的使用案例等。 现在,我需要将这些思考整理成一个结构清晰的回答,确保各部分内容准确,并正确引用提供的资料。同时,注意使用中文,代码块使用正确语法,数学公式如果出现的话使用正确的LaTeX格式,但这个问题可能更多涉及代码和宏定义,所以可能数学公式较少。</think>### Linux ioctl处理流程及IOC宏定义解析 #### 一、ioctl处理流程 `ioctl`是Linux设备驱动中用于执行设备特定控制命令的系统调用,其处理流程分为以下步骤: 1. **用户空间调用** 应用程序通过`ioctl(fd, cmd, arg)`发起请求,其中: - `fd`:设备文件描述符 - `cmd`:控制命令(由IOC宏生成) - `arg`:指向用户空间数据的指针 2. **系统调用进入内核** 调用通过系统调用表进入内核空间,触发`vfs_ioctl()`函数,最终路由到对应设备的`file_operations`结构中的`unlocked_ioctl`或`compat_ioctl`方法[^2][^5]。 3. **驱动解析命令** 驱动通过`_IOC_DIR(cmd)`、`_IOC_TYPE(cmd)`等宏解析命令的**方向**(读/写)、**类型**(魔数)、**序号**和**数据大小**,并校验合法性[^3][^5]。例如: ```c if (_IOC_TYPE(cmd) != 'b') return -ENOTTY; // 检查魔数是否匹配 ``` 4. **执行操作** 根据命令类型执行操作,例如: - 从用户空间复制数据:`copy_from_user()` - 向用户空间返回数据:`copy_to_user()` - 修改设备状态:如调整波特率 #### 二、IOC宏定义及用法 Linux内核通过一组宏生成唯一的`ioctl`命令,其32结构如下: $$ \text{命令值} = (\text{dir} \ll 30) \ | \ (\text{type} \ll 8) \ | \ (\text{nr} \ll 0) \ | \ (\text{size} \ll 16) $$ 具体字段说明: | 字段 | 范围 | 描述 | 宏示例 | |--------|-------------|-------------------------------|-----------------------| | dir | 31-30 (2) | 方向:读/写/无数据传输 | `_IOC_READ`, `_IOC_WRITE` | | type | 15-8 (8) | 魔数(ASCII字符,避免命令冲突) | `'b'`(Binder驱动) | | nr | 7-0 (8) | 命令序号 | `1`, `2` | | size | 29-16 (14)| 传输数据大小(单:字节) | `sizeof(struct data)`| 常用生成宏: - `_IO(type, nr)`:无数据传输,例如:`#define DEV_RESET _IO('d', 0)` - `_IOR(type, nr, size)`:读操作,例如:`#define GET_CONFIG _IOR('d', 1, struct config)` - `_IOW(type, nr, size)`:写操作,例如:`#define SET_CONFIG _IOW('d', 2, struct config)` - `_IOWR(type, nr, size)`:双向读写,例如:`#define BINDER_WRITE_READ _IOWR('b', 1, struct binder_write_read)`[^4][^5] #### 三、代码示例 ```c // 驱动中定义ioctl命令 #define MY_MAGIC 'k' #define GET_STATUS _IOR(MY_MAGIC, 0, int) #define SET_PARAM _IOW(MY_MAGIC, 1, struct param) // ioctl处理函数 long my_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg) { switch (cmd) { case GET_STATUS: copy_to_user((int*)arg, &status, sizeof(int)); break; case SET_PARAM: copy_from_user(&param, (struct param*)arg, sizeof(struct param)); break; default: return -ENOTTY; } return 0; } ```
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