字符設備驅動接口

1.讀寫函數
用戶空間函數原型：

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

驅動中對應的函數原型：

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: 是指向存放文件當前讀寫位置變量的地址的指針；每次讀寫數據後poff會變化。但其用處需要自己在驅動函數write/read中使用；否則無作用。
比如：
read(fd,buf,0) 讀寫位置不變，驅動直接返回 0.
read(fd,buf,1) 讀寫位置 變成 1
read(fd,buf,1) 讀寫位置 變成 2
read(fd,buf,1) 讀寫位置 變成 3
read(fd,buf,1) 讀寫位置 變成 4，並且驅動只讀取一個數據。
read(fd,buf,1) 讀寫位置 還是 4，沒有讀取任何一個數據。
代碼例子：

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;   //取出當前讀寫位置值

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

    //進行參數修正:1)count如是0，函數返回0.
    if(count == 0) {
        return 0;
    }

    //進行參數修正:2)   如果文件讀寫位置已經到末尾，不管count是多少，都不能讀，返回0;
    if(cur_pos >= LED_NUM) {
        return 0;
    }

    //進行參數修正:3)   判斷 count + *poff 是否大於文件大小
    if(cur_pos + count > LED_NUM) {
        count = LED_NUM - cur_pos;
    }

    //準備數據:讀取4個led燈狀態
    for(i = 0; i < LED_NUM; i++) {
        //滅:返回'0',使用正邏輯方式表，也要和write邏輯相同
        if(GPM4DAT & 1 << i) {
            kbuf[i] = '0' ;
        }
        //亮:返回'1',使用正邏輯方式表，也要和write邏輯相同
        else {
            kbuf[i] = '1' ;
        }
    }

    //複製數據給用戶空間
    if (copy_to_user(buf, &kbuf[cur_pos], count) ) {
        printk(KERN_EMERG" error: copy_to_user\r\n");
        return -EFAULT;
    }

    //更新文件讀寫位置，不能少，少了得不到正確的結果
    *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;   //取出當前讀寫位置值

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


    //進行參數修正:1)count如是0，函數返回0.
    if(count == 0) {
        return 0;
    }

    //進行參數修正:2)   如果文件讀寫位置已經到末尾，不管count是多少，都不能寫，返回0;
    if(cur_pos >= LED_NUM) {
        return 0;
    }

    //進行參數修正:3)   判斷 count + *poff 是否大於文件大小
    if(cur_pos + count > LED_NUM) {
        count = LED_NUM - cur_pos;
    }


    //使用專用的函數進行復制,得到到對應 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;
    }


    //根據用戶空間傳遞下來的內容進行處理
    for(i = 0; i < count; i++) {
        if(kbuf[i + cur_pos] == '0') {
            //熄滅第i個燈：通過配置數據寄存器
            GPM4DAT  |=  1 << (i + cur_pos) ; //把第i個IO口配置爲高電平，
            //當使用%d時候要注意cur_pos類型，否則輸出會不正確
            printk(KERN_EMERG"第%d個燈滅\r\n", i + 1 + (int)cur_pos);
        }

        else if(kbuf[i + cur_pos ] == '1') {
            //點亮第i個燈：通過配置數據寄存器
            GPM4DAT  &= ~( 1 << (i + cur_pos)); //把第i個IO口配置爲低電平，

            //當使用%d時候要注意cur_pos類型，否則輸出會不正確
            printk(KERN_EMERG"第%d個燈亮\r\n", i + 1 + (int)cur_pos);
        }
    }

    //更新文件讀寫位置，不能少，少了得不到正確的結果
    *poff += count;  
    return count;
}

2.文件指針
用戶空間函數原型：

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

驅動中對應的函數原型：

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

作用： 按照 whence 指定的方式把 fd 文件的讀寫指針調整 offset 偏移。
offset： 需要調整的偏移，值是可正數，可負數
whence： 調整方式,只有三種值： SEEK_SEK,SEEK_CUR,SEEK_END

whence
SEEK_SET：	以文件開頭（ 0）爲參照點移動到 offset 處。
SEEK_CUR：	以文件指針 [當前位置 + offset ]做爲新的 offset 指針位置。
SEEK_END：	以文件[末尾位置 + offset] 做爲新的 offset 指針位置。

返回值：
成功： 移動後文件指針位置fpos（以 0 爲參照點）；
失敗： -1,並且設置全局變量 errno 值爲對應的錯誤碼（來源碼驅動）
說明：f_pos需要自己在驅動函數中使用，並且返回；否則無作用。
例子代碼：

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;   //當前位置加上調整值
            break;


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

        default:
            return -EINVAL;    //告訴應用程序具體錯誤原因是參數無效

    }

    //檢測最後調整結果是否合法
    if((temp < 0)  || (temp > LED_NUM) ) {
        return  -EINVAL;
    }

    //更新調整後結果到文件讀寫位置變量中
    pfile->f_pos = temp;

    //返回調整後的結果
    return temp;

}

3.標準 ioctl 接口
用戶空間函數原型：

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

驅動中對應的函數原型：

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

作用： 通過命令形式來控制硬件設備，相當 linux 系統給我們提供擴展系統功能的一個接口，可以由用戶自定義命令來讓硬件執行不同的代碼。
參數：
pfile： 文件結構指針，間接對應於系統調用的 fd 參數（文件描述符）
cmd：命令，對應於系統調用的 request
args： args 系統調用的…參數（可選參數）
返回值：
cmd 命令執行成功：>0 ，值是什麼含義由驅動程序中決定。
cmd 命令執行失敗：<0，返回失敗錯誤碼， 比如 args 參數非法，則返回-EFAULT，所返回的錯誤碼會被系統
特別注意：這裏解釋了 cmd 值的組成格式：

bits	meaning
31-30	用戶程序和驅動數據交換模式
29-16	當用戶程序和驅動程序有數據傳遞時候纔有效，表示要傳遞的數據大小。
15-8	魔數，幻數， 給每一個驅動分配一個惟一的 ASCII 值，用於區分一個驅動的cmd 和別的不一樣。
7-0	同一個設備驅動中所有 cmd 命令的編號，範圍 0~255，一般情況同一個驅動值都是連續的。

用戶程序和驅動數據交換模式：
00 – 用戶程序和驅動沒有數據傳遞 uses _IO macro
01 – 用戶程序向驅動寫數據: _IOW
10 – 用戶程序從驅動讀取數據: _IOR
11 - 先用戶程序寫數據到驅動，再從驅動中讀取數據（先寫數據然後讀取數據回來） : _IOWR

內核在（Ioctl.h linux-3.5\include\Asm-generic）提供了相應的宏給我們使用，我們可以在應用層使用：
_IO(type,nr) ：定義沒有數據傳遞的命令
_IOR(type,nr,size) ：定義從驅動中讀取數據的命令
_IOW(type,nr,size) ： 定義向驅動寫入數據的命令
_IOWR(type,nr,size) ： 定義數據交換類型的命令，先寫入數據，再讀取數據這類命令。
type： 表示命令組成的魔數，也就是 8~15 位
nr： 表示命令組成的編號，也就是 0~7 位
size： 表示命令組成的參數傳遞大小， 但是這裏不傳遞數字，而是數據類型， 如要傳遞 4 字節，可以寫 int,如要傳遞一個結構體數據給驅動，則把結構類型做 size 參數。

代碼例子：

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;

    }