Linux驅動總結3
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我的平臺是虛擬機，fedora14，內核版本為2.6.38.1.其中較之前的版本存在較大的差別，具體的實現(xiàn)已經(jīng)在上一次總結中給出了。今天主要總結的是ioctl和堵塞讀寫函數(shù)的實現(xiàn)。
一、ioctl函數(shù)的實現(xiàn)
首先說明在2.6.36以后ioctl函數(shù)已經(jīng)不再存在了，而是用unlocked_ioctl和compat_ioctl兩個函數(shù)實現(xiàn)以前版本的ioctl函數(shù)。同時在參數(shù)方面也發(fā)生了一定程度的改變，去除了原來ioctl中的struct inode參數(shù)，同時改變了返回值。
但是驅動設計過程中存在的問題變化并不是很大，同樣在應用程序設計中我們還是采用ioctl實現(xiàn)訪問，而并不是unlocked_ioctl函數(shù)，因此我們還可以稱之為ioctl函數(shù)的實現(xiàn)。
ioctl函數(shù)的實現(xiàn)主要是用來實現(xiàn)具體的硬件控制，采用相應的命令控制硬件的具體操作，這樣就能使得硬件的操作不再是單調的讀寫操作。使得硬件的使用更加的方便。
ioctl函數(shù)實現(xiàn)主要包括兩個部分，首先是命令的定義，然后才是ioctl函數(shù)的實現(xiàn)，命令的定義是采用一定的規(guī)則。
ioctl的命令主要用于應用程序通過該命令操作具體的硬件設備，實現(xiàn)具體的操作，在驅動中主要是對命令進行解析，通過switch-case語句實現(xiàn)不同命令的控制，進而實現(xiàn)不同的硬件操作。
ioctl函數(shù)的命令定義方法：
int (*unlocked_ioctl)(struct file*filp,unsigned int cmd,unsigned long arg)
雖然其中沒有指針的參數(shù)，但是通常采用arg傳遞指針參數(shù)。cmd是一個命令。每一個命令由一個整形數(shù)據(jù)構成（32bits），將一個命令分成四部分，每一部分實現(xiàn)具體的配置，設備類型（幻數(shù)）8bits，方向2bits，序號8bits，數(shù)據(jù)大小13/14bits。命令的實現(xiàn)實質上就是通過簡單的移位操作，將各個部分組合起來而已。
一個命令的分布的大概情況如下：
|---方向位(31-30)|----數(shù)據(jù)長度(29-16)----------------|---------設備類型（15-8）------|----------序號（7-0）----------|
|----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
其中方向位主要是表示對設備的操作，比如讀設備，寫設備等操作以及讀寫設備等都具有一定的方向，2個bits只有4種方向。
數(shù)據(jù)長度表示每一次操作（讀、寫）數(shù)據(jù)的大小，一般而已每一個命令對應的數(shù)據(jù)大小都是一個固定的值，不會經(jīng)常改變，14bits說明可以選擇的數(shù)據(jù)長度最大為16k。
設備類型類似于主設備號（由于8bits，剛好組成一個字節(jié)，因此經(jīng)常采用字符作為幻數(shù)，表示某一類設備的命令），用來區(qū)別不同的命令類型，也就是特定的設備類型對應特定的設備。序號主要是這一類命令中的具體某一個，類似于次設備號（256個命令），也就是一個設備支持的命令多達256個。
同時在內核中也存在具體的宏用來定義命令以及解析命令。
但是大部分的宏都只是定義具體的方向，其他的都需要設計者定義。
主要的宏如下：
#include
_IO(type,nr) 表示定義一個沒有方向的命令，
_IOR(type,nr,size) 表示定義一個類型為type，序號為nr，數(shù)據(jù)大小為size的讀命令
_IOW(type,nr,size) 表示定義一個類型為type，序號為nr，數(shù)據(jù)大小為size的寫命令
_IOWR(type,nr,size) 表示定義一個類型為type，序號為nr，數(shù)據(jù)大小為size的寫讀命令
通常的type可采用某一個字母或者數(shù)字作為設備命令類型。
是實際運用中通常采用如下的方法定義一個具體的命令:
//頭文件
#include
/*定義一系列的命令*/
/*幻數(shù)，主要用于表示類型*/
#define MAGIC_NUM k
/*打印命令*/
#define MEMDEV_PRINTF _IO(MAGIC_NUM,1)
/*從設備讀一個int數(shù)據(jù)*/
#define MEMDEV_READ _IOR(MAGIC_NUM,2,int)
/*往設備寫一個int數(shù)據(jù)*/
#define MEMDEV_WRITE _IOW(MAGIC_NUM,3,int)
/*最大的序列號*/
#define MEM_MAX_CMD 3
還有對命令進行解析的宏，用來確定具體命令的四個部分（方向，大小，類型，序號）具體如下所示：
/*確定命令的方向*/
_IOC_DIR(nr)
/*確定命令的類型*/
_IOC_TYPE(nr)
/*確定命令的序號*/
_IOC_NR(nr)
/*確定命令的大小*/
_IOC_SIZE(nr)
上面的幾個宏可以用來命令，實現(xiàn)命令正確性的檢查。
ioctl的實現(xiàn)過程主要包括如下的過程：
1、命令的檢測
2、指針參數(shù)的檢測
3、命令的控制switch-case語句
1、命令的檢測主要包括類型的檢查，數(shù)據(jù)大小，序號的檢測，通過結合上面的命令解析宏可以快速的確定。
/*檢查類型，幻數(shù)是否正確*/
if(_IOC_TYPE(cmd)!=MAGIC_NUM)
return -EINVAL;
/*檢測命令序號是否大于允許的最大序號*/
if(_IOC_NR(cmd)> MEM_MAX_CMD)
return -EINVAL;
2、主要是指針參數(shù)的檢測。指針參數(shù)主要是因為內核空間和用戶空間的差異性導致的，因此需要來自用戶空間指針的有效性。使用copy_from_user,copy_to_user,get_user,put_user之類的函數(shù)時，由于函數(shù)會實現(xiàn)指針參量的檢測，因此可以省略，但是采用__get_user(),__put_user()之類的函數(shù)時一定要進行檢測。具體的檢測方法如下所示：
if(_IOC_DIR(cmd) & _IOC_READ)
err = !access_ok(VERIFY_WRITE,(void *)args,_IOC_SIZE(cmd));
else if(_IOC_DIR(cmd) & _IOC_WRITE)
err = !access_ok(VERIFY_READ,(void *)args,_IOC_SIZE(cmd));
if(err)/*返回錯誤*/
return -EFAULT;
當方向是讀時，說明是從設備讀數(shù)據(jù)到用戶空間，因此要檢測用戶空間的指針是否可寫，采用VERIFY_WRITE，而當方向是寫時，說明是往設備中寫數(shù)據(jù)，因此需要檢測用戶空間中的指針的可讀性VERIFY_READ。檢查通常采用access_ok()實現(xiàn)檢測，第一個參數(shù)為讀寫，第二個為檢測的指針，第三個為數(shù)據(jù)的大小。
3、命名的控制：
命令的控制主要是采用switch和case相結合實現(xiàn)的，這于window編程中的檢測各種消息的實現(xiàn)方式是相同的。
/*根據(jù)命令執(zhí)行相應的操作*/
switch(cmd)
{
case MEMDEV_PRINTF:
printk("<--------CMD MEMDEV_PRINTF Done------------>");
...
break;
case MEMDEV_READ:
ioarg = &mem_devp->data;
...
ret = __put_user(ioarg,(int *)args);
ioarg = 0;
...
break;
case MEMDEV_WRITE:
...
ret = __get_user(ioarg,(int *)args);
printk("<--------CMD MEMDEV_WRITE Done ioarg = %d--------->",ioarg);
ioarg = 0;
...
break;
default:
ret = -EINVAL;
printk("<-------INVAL CMD--------->");
break;
}
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