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文章目录

ioctl介绍
应用层详解
驱动层详解
ioctl的cmd
实验例程

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。 ==

在这里插入图片描述

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>

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。

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：

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：
在这里插入图片描述

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；

// 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

#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
参考文献linux 内核 - ioctl 函数详解