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linux内核中IOCTL 驱动传参实验*

  • 2026-09-02 20:10:59
linux内核中IOCTL 驱动传参实验*
用户如果要对外设进行操作, 对应的设备驱动不仅要具备读写的能力, 还需要对硬件进行控制。 以点亮 LED 灯驱动实验为例, 应用程序通过向内核空间写入 1 和 0 从而控制 LED 灯的亮灭, 但是读写操作主要是数据流对数据进行操作, 而一些复杂的控制通常需要非数据操作,这时本章节要学习的 ioctl 函数就闪耀登场了。  
一、ioctl 基础  

ioctl 是设备驱动程序中用来控制设备的接口函数, 一个字符设备驱动通常需要实现设备的打开、 关闭、 读取、 写入等功能, 而在一些需要细分的情况下, 就需要扩展新的功能, 通常以增设 ioctl()命令的方式来实现。  
下面将从应用层和驱动函数两个方面来对 ioctl 函数进行学习。  
1.1、应用层
📌
函数原型:
int ioctl(int fd, unsigned int cmd, unsigned long args);头文件:
#include <sys/ioctl.h>
函数作用:
用于向设备发送控制和配置命令。
参数含义:
  • fd : 是用户程序打开设备时返回的文件描述符
  • cmd : 是用户程序对设备的控制命令,
  • args: 应用程序向驱动程序下发的参数, 如果传递的参数为指针类型, 则可以接收驱动向用户空间传递的数据(在下面的实验中会进行使用)  
上述三个参数中, 最重要的是第二个 cmd 参数, 为 unsigned int 类型, 为了高效的使用 cmd 参数传递更多的控制信息, 一个 unsigned int cmd 被拆分为了 4 段, 每一段都有各自的意义, unsigned int cmd 位域拆分如下:  
📌
  • cmd[31:30]—数据(args) 的传输方向(读写) 
  • cmd[29:16]—数据(args) 的大小
  • cmd[15:8]—>命令的类型, 可以理解成命令的密钥, 一般为 ASCII 码(0-255 的一个字符, 有部分字符已经被占用, 每个字符的序号段可能部分被占用)  
  • cmd[7:0] —>命令的序号, 是一个 8bits 的数字(序号, 0-255 之间)  
cmd 参数由 ioctl 合成宏定义得到, 四个合成宏定义如下所示:
宏定义参数说明如下所示:  
📌
  • type: 命令的类型, 一般为一个 ASCII 码值, 一个驱动程序一般使用一个 type 
  • nr: 该命令下序号。 一个驱动有多个命令, 一般他们的 type, 序号不同
  • size: args 的类型  
例如可以使用以下代码定义不需要参数、 向驱动程序写参数、 向驱动程序读参数三个宏:  
至此, 关于应用程序的 ioctl 相关知识就讲解完成了。  
1.2、驱动函数  
应用程序中 ioctl 函数会调用 file_operation 结构体中的 unlocked_ioctl 接口, 接口定义如下所示:  
参数说明如下所示:  
📌
  • file: 文件描述符。
  • cmd: 与应用程序的 cmd 参数对应, 在驱动程序中对传递来的 cmd 参数进行判断从而做出不同的动作。
  • arg: 与应用程序的 arg 参数对应, 从而实现内核空间和用户空间参数的传递。  
至此, 关于驱动函数中的 ioctl 相关知识就讲解完成了。 在下一小节中将进行 ioctl 驱动传参实验。  
二、实验程序
2.1、驱动
#include<linux/module.h>#include<linux/init.h>#include<linux/fs.h>#include<linux/cdev.h>#include<linux/kdev_t.h>#include<linux/uaccess.h>#define CMD_TEST0 _IO('L',0)#define CMD_TEST1 _IOW('L',1,int)#define CMD_TEST2 _IOR('L',2,int)structdevice_test{dev_t dev_num;  //设备号int major ;  //主设备号int minor ;  //次设备号structcdevcdev_test;// cdevstructclass *class;//类structdevice *device;//设备char kbuf[32];};staticstructdevice_testdev1;staticlongcdev_test_ioctl(struct file *file, unsignedint cmd, unsignedlong arg){int val;//定义int类型向应用空间传递的变量valswitch(cmd){case CMD_TEST0:            printk("this is CMD_TEST0\n");break;      case CMD_TEST1:            printk("this is CMD_TEST1\n");            printk("arg is %ld\n",arg);//打印应用空间传递来的arg参数break;case CMD_TEST2:            val = 1;//将要传递的变量val赋值为1            printk("this is CMD_TEST2\n");if(copy_to_user((int *)arg,&val,sizeof(val)) != 0){//通过copy_to_user向用户空间传递数据                printk("copy_to_user error \n");                }break;          default:break;    }return0;}/*设备操作函数*/structfile_operationscdev_test_fops = {    .owner = THIS_MODULE, //将owner字段指向本模块,可以避免在模块的操作正在被使用时卸载该模块    .unlocked_ioctl = cdev_test_ioctl,};staticint __init timer_dev_init(void)//驱动入口函数{/*注册字符设备驱动*/int ret;/*1 创建设备号*/    ret = alloc_chrdev_region(&dev1.dev_num, 0, 1, "alloc_name"); //动态分配设备号if (ret < 0)    {goto err_chrdev;    }    printk("alloc_chrdev_region is ok\n");    dev1.major = MAJOR(dev1.dev_num); //获取主设备号    dev1.minor = MINOR(dev1.dev_num); //获取次设备号    printk("major is %d \r\n", dev1.major); //打印主设备号    printk("minor is %d \r\n", dev1.minor); //打印次设备号/*2 初始化cdev*/    dev1.cdev_test.owner = THIS_MODULE;    cdev_init(&dev1.cdev_test, &cdev_test_fops);/*3 添加一个cdev,完成字符设备注册到内核*/   ret =  cdev_add(&dev1.cdev_test, dev1.dev_num, 1);if(ret<0)    {goto  err_chr_add;    }/*4 创建类*/  dev1. class = class_create(THIS_MODULE, "test");if(IS_ERR(dev1.class))    {        ret=PTR_ERR(dev1.class);goto err_class_create;    }/*5  创建设备*/    dev1.device = device_create(dev1.class, NULL, dev1.dev_num, NULL, "test");if(IS_ERR(dev1.device))    {        ret=PTR_ERR(dev1.device);goto err_device_create;    }return0;err_device_create:        class_destroy(dev1.class);                 //删除类err_class_create:       cdev_del(&dev1.cdev_test);                 //删除cdeverr_chr_add:        unregister_chrdev_region(dev1.dev_num, 1); //注销设备号err_chrdev:return ret;}staticvoid __exittimer_dev_exit(void)//驱动出口函数{/*注销字符设备*/    unregister_chrdev_region(dev1.dev_num, 1); //注销设备号    cdev_del(&dev1.cdev_test);                 //删除cdev    device_destroy(dev1.class, dev1.dev_num);       //删除设备    class_destroy(dev1.class);                 //删除类}module_init(timer_dev_init);module_exit(timer_dev_exit);MODULE_LICENSE("GPL v2");
2.2、应用
#include<stdio.h>#include<sys/types.h>#include<sys/stat.h>#include<fcntl.h>#include<unistd.h>#include<sys/ioctl.h>#include<string.h>#define CMD_TEST0 _IO('L',0)#define CMD_TEST1 _IOW('L',1,int)#define CMD_TEST2 _IOR('L',2,int)intmain(int argc,char *argv[]){int fd;//定义int类型的文件描述符fdint val;//定义int类型的传递参数val    fd = open("/dev/test",O_RDWR);//打开test设备节点if(fd < 0){printf("file open fail\n");    }if(!strcmp(argv[1], "write")){        ioctl(fd,CMD_TEST1,1);//如果第二个参数为write,向内核空间写入1    }elseif(!strcmp(argv[1], "read")){        ioctl(fd,CMD_TEST2,&val);//如果第二个参数为read,则读取内核空间传递向用户空间传递的值printf("val is %d\n",val);    }    close(fd);}
三、实验结果
开发板启动之后, 使用以下命令进行驱动模块的加载  
然后使用以下命令通过 ioctl 向内核空间传递 arg 参数, 传递成功如下图  
然后使用以下命令通过 ioctl 读取内核空间向用户空间传递的 val 值, 读取成功如下图  

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