linux直接控制IO叫,Linux IO控制命令生成-优快云博客

本文详细介绍了Linux系统中ioctl()函数的工作原理及其在设备驱动程序中的应用。包括ioctl()函数如何通过cmd参数实现对设备的不同操作，以及四种宏(_IO(), _IOR(), _IOW(), _IOWR())如何辅助生成命令码。此外，还解释了cmd参数的四个组成部分（读写区分、数据大小、魔数、命令序号）的作用。

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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。

内核定义了 _IO() , _IOR() , IOW() 和 _IOWR() 这 4 个宏来辅助生成上面的 cmd

#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)))

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)。

#define _IO(type,nr)_IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)

#define _IOC(dir,type,nr,size)

(((dir) << _IOC_DIRSHIFT) |

((type) << _IOC_TYPESHIFT) |

((nr) << _IOC_NRSHIFT) |

((size) << _IOC_SIZESHIFT))

#define _IOC_NRSHIFT0

#define _IOC_TYPESHIFT(_IOC_NRSHIFT+_IOC_NRBITS)

#define _IOC_SIZESHIFT(_IOC_TYPESHIFT+_IOC_TYPEBITS)

#define _IOC_DIRSHIFT(_IOC_SIZESHIFT+_IOC_SIZEBITS)

#define _IOC_NRBITS8

#define _IOC_TYPEBITS8

# define _IOC_SIZEBITS14

宏展开后

#define _IO(type,nr)(((_IOC_NONE) << 30) | ((0) << 16)) | ((type) << 8) | ((nr) << 0)

(dir) << _IOC_DIRSHIFT) 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) size左移 16 位得到“数据大小”区;

(type) << _IOC_TYPESHIFT) type左移 8位得到"魔数区" ；

(nr) << _IOC_NRSHIFT) nr左移 0 位( bit7~bit0) "得到基数区";

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。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。设备驱动程序获取魔数:

_IOC_TYPE (cmd)

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。设备驱动程序获取该基数：

_IOC_NR (cmd)

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：

#define _IOR(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))

而_IOC_TYPECHECK() 的定义正是：

#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：

#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：