字符设备驱动接口

1.读写函数
用户空间函数原型：

ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);
ssize_t write(int fd, const void *buf, size_t count);

驱动中对应的函数原型：

ssize_t (*write) (struct file *flp, const char __user *buf, size_t count , loff_t *poff);
ssize_t (*write) (struct file *flp, const char __user *buf, size_t count , loff_t *poff);

poff: 是指向存放文件当前读写位置变量的地址的指针；每次读写数据后poff会变化。但其用处需要自己在驱动函数write/read中使用；否则无作用。
比如：
read(fd,buf,0) 读写位置不变，驱动直接返回 0.
read(fd,buf,1) 读写位置 变成 1
read(fd,buf,1) 读写位置 变成 2
read(fd,buf,1) 读写位置 变成 3
read(fd,buf,1) 读写位置 变成 4，并且驱动只读取一个数据。
read(fd,buf,1) 读写位置 还是 4，没有读取任何一个数据。
代码例子：

static ssize_t xxx_read(struct file *pfile, char __user *buf, size_t count, loff_t *poff)
{
    int i;
    char kbuf[LED_NUM] = {0};
    loff_t cur_pos = *poff;   //取出当前读写位置值

    printk(KERN_EMERG"file:%s\r\nline:%d, %s is call\n", __FILE__, __LINE__, __FUNCTION__);

    //进行参数修正:1)count如是0，函数返回0.
    if(count == 0) {
        return 0;
    }

    //进行参数修正:2)   如果文件读写位置已经到末尾，不管count是多少，都不能读，返回0;
    if(cur_pos >= LED_NUM) {
        return 0;
    }

    //进行参数修正:3)   判断 count + *poff 是否大于文件大小
    if(cur_pos + count > LED_NUM) {
        count = LED_NUM - cur_pos;
    }

    //准备数据:读取4个led灯状态
    for(i = 0; i < LED_NUM; i++) {
        //灭:返回'0',使用正逻辑方式表，也要和write逻辑相同
        if(GPM4DAT & 1 << i) {
            kbuf[i] = '0' ;
        }
        //亮:返回'1',使用正逻辑方式表，也要和write逻辑相同
        else {
            kbuf[i] = '1' ;
        }
    }

    //复制数据给用户空间
    if (copy_to_user(buf, &kbuf[cur_pos], count) ) {
        printk(KERN_EMERG" error: copy_to_user\r\n");
        return -EFAULT;
    }

    //更新文件读写位置，不能少，少了得不到正确的结果
    *poff += count;

    return count;
}

static ssize_t xxx_write(struct file *pfile, const char __user *buf, size_t count, loff_t *poff)
{
    int i = 0;
    char kbuf[LED_NUM] = {0};
    loff_t cur_pos = *poff;   //取出当前读写位置值

    printk(KERN_EMERG"file:%s\r\nline:%d, %s is call\n", __FILE__, __LINE__, __FUNCTION__);


    //进行参数修正:1)count如是0，函数返回0.
    if(count == 0) {
        return 0;
    }

    //进行参数修正:2)   如果文件读写位置已经到末尾，不管count是多少，都不能写，返回0;
    if(cur_pos >= LED_NUM) {
        return 0;
    }

    //进行参数修正:3)   判断 count + *poff 是否大于文件大小
    if(cur_pos + count > LED_NUM) {
        count = LED_NUM - cur_pos;
    }


    //使用专用的函数进行复制,得到到对应 的元素位置
    if (copy_from_user(&kbuf[cur_pos], buf, count) ) {
        printk(KERN_EMERG" error: copy_from_user\r\n");
        return -EFAULT;
    }


    //根据用户空间传递下来的内容进行处理
    for(i = 0; i < count; i++) {
        if(kbuf[i + cur_pos] == '0') {
            //熄灭第i个灯：通过配置数据寄存器
            GPM4DAT  |=  1 << (i + cur_pos) ; //把第i个IO口配置为高电平，
            //当使用%d时候要注意cur_pos类型，否则输出会不正确
            printk(KERN_EMERG"第%d个灯灭\r\n", i + 1 + (int)cur_pos);
        }

        else if(kbuf[i + cur_pos ] == '1') {
            //点亮第i个灯：通过配置数据寄存器
            GPM4DAT  &= ~( 1 << (i + cur_pos)); //把第i个IO口配置为低电平，

            //当使用%d时候要注意cur_pos类型，否则输出会不正确
            printk(KERN_EMERG"第%d个灯亮\r\n", i + 1 + (int)cur_pos);
        }
    }

    //更新文件读写位置，不能少，少了得不到正确的结果
    *poff += count;  
    return count;
}

2.文件指针
用户空间函数原型：

off_t lseek(int fd, off_t offset, int whence);

驱动中对应的函数原型：

loff_t xxx_llseek(struct file *file, loff_t offset, int whence)

作用： 按照 whence 指定的方式把 fd 文件的读写指针调整 offset 偏移。
offset： 需要调整的偏移，值是可正数，可负数
whence： 调整方式,只有三种值： SEEK_SEK,SEEK_CUR,SEEK_END

whence
SEEK_SET：	以文件开头（ 0）为参照点移动到 offset 处。
SEEK_CUR：	以文件指针 [当前位置 + offset ]做为新的 offset 指针位置。
SEEK_END：	以文件[末尾位置 + offset] 做为新的 offset 指针位置。

返回值：
成功： 移动后文件指针位置fpos（以 0 为参照点）；
失败： -1,并且设置全局变量 errno 值为对应的错误码（来源码驱动）
说明：f_pos需要自己在驱动函数中使用，并且返回；否则无作用。
例子代码：

static loff_t xxx_llseek(struct file *pfile, loff_t off, int whence)
{
    loff_t  temp;

    printk(KERN_EMERG"file:%s\r\nline:%d, %s is call\n", __FILE__, __LINE__, __FUNCTION__);

    switch(whence) {
        case SEEK_SET:
            temp = off;
            break;

        case SEEK_CUR:
            temp = pfile->f_pos + off;   //当前位置加上调整值
            break;


        case SEEK_END:
            temp = LED_NUM + off;       //文件大小加上调整值
            break;

        default:
            return -EINVAL;    //告诉应用程序具体错误原因是参数无效

    }

    //检测最后调整结果是否合法
    if((temp < 0)  || (temp > LED_NUM) ) {
        return  -EINVAL;
    }

    //更新调整后结果到文件读写位置变量中
    pfile->f_pos = temp;

    //返回调整后的结果
    return temp;

}

3.标准 ioctl 接口
用户空间函数原型：

int ioctl(int fd, int request, ...);

驱动中对应的函数原型：

  long (*unlocked_ioctl) (struct file *pfile, unsigned int cmd, unsigned long args);

作用： 通过命令形式来控制硬件设备，相当 linux 系统给我们提供扩展系统功能的一个接口，可以由用户自定义命令来让硬件执行不同的代码。
参数：
pfile： 文件结构指针，间接对应于系统调用的 fd 参数（文件描述符）
cmd：命令，对应于系统调用的 request
args： args 系统调用的…参数（可选参数）
返回值：
cmd 命令执行成功：>0 ，值是什么含义由驱动程序中决定。
cmd 命令执行失败：<0，返回失败错误码， 比如 args 参数非法，则返回-EFAULT，所返回的错误码会被系统
特别注意：这里解释了 cmd 值的组成格式：

bits	meaning
31-30	用户程序和驱动数据交换模式
29-16	当用户程序和驱动程序有数据传递时候才有效，表示要传递的数据大小。
15-8	魔数，幻数， 给每一个驱动分配一个惟一的 ASCII 值，用于区分一个驱动的cmd 和别的不一样。
7-0	同一个设备驱动中所有 cmd 命令的编号，范围 0~255，一般情况同一个驱动值都是连续的。

用户程序和驱动数据交换模式：
00 – 用户程序和驱动没有数据传递 uses _IO macro
01 – 用户程序向驱动写数据: _IOW
10 – 用户程序从驱动读取数据: _IOR
11 - 先用户程序写数据到驱动，再从驱动中读取数据（先写数据然后读取数据回来） : _IOWR

内核在（Ioctl.h linux-3.5\include\Asm-generic）提供了相应的宏给我们使用，我们可以在应用层使用：
_IO(type,nr) ：定义没有数据传递的命令
_IOR(type,nr,size) ：定义从驱动中读取数据的命令
_IOW(type,nr,size) ： 定义向驱动写入数据的命令
_IOWR(type,nr,size) ： 定义数据交换类型的命令，先写入数据，再读取数据这类命令。
type： 表示命令组成的魔数，也就是 8~15 位
nr： 表示命令组成的编号，也就是 0~7 位
size： 表示命令组成的参数传递大小， 但是这里不传递数字，而是数据类型， 如要传递 4 字节，可以写 int,如要传递一个结构体数据给驱动，则把结构类型做 size 参数。

代码例子：

long chrdev_unlocked_ioctl (struct file *pfile,unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
    switch ( cmd ) {
        case 0 :
            printk("line:%d,cmd:%d,arg:%ld", __LINE__, cmd, arg);
            break;
        case 1 :
            printk("line:%d,cmd:%d,arg:%ld", __LINE__, cmd, arg);
            break;
        case 2 :
            printk("line:%d,cmd:%d,arg:%ld", __LINE__, cmd, arg);
            break;
        case 3 :
            printk("line:%d,cmd:%d,arg:%ld", __LINE__, cmd, arg);
            break;
        case 4 :
            printk("line:%d,cmd:%d,arg:%ld", __LINE__, cmd, arg);
            break;
        default:
            printk("line:%d,cmd:%d,arg:%ld", __LINE__, cmd, arg);
            return -EINVAL;
    }

        return arg;

    }