linux內核字符設備驅動之發送命令接口

1.linux內核字符設備驅動之發送命令(ioctl)接口

 int ioctl(int fd, int request, ...);

函數功能：

1.應用程序可以向設備發送控制命令；
2.應用程序還可以和設備進行讀/寫操作；

參數:

fd：設備文件描述符
request：向設備發送的命令字，命令定義；
#define LED_ON 0x100001 //開燈命令
#define LED_OFF 0x100002 //關燈命令
...： 可變參數， 如果傳遞第三個參數，第三個參數爲用戶緩衝區的首地址

例如：
用戶需求：向設備發送開燈命令：
ioctl(fd, LED_ON);

用戶需求：向設備發送開燈命令，並且寫一個數據給設備；
int udata = 0x5555;

ioctl(fd, LED_ON, &udata);

對應的底層驅動的ioctl接口：

struct file_operations {
long (*unlocked_ioctl)(struct file *file,
unsigned int cmd,
unsigned long arg);
};

unlocked_ioctl接口作用：

1.處理用戶的命令請求
2.完成和用戶空間的數據交互(讀或者寫)
調用關係：
應用程序調用ioctl->....->驅動的unlocked_ioctl
參數：
file:文件指針
cmd:用戶發送來的命令字
arg:如果用戶傳遞三個參數，保存着用戶發送來的用戶緩衝區的首地址，內核不能直接訪問操作，必須利用copy_to_user/copy_from_user完成數據的拷貝；
注意在使用的時候要進行數據類型的轉換

案例：利用ioctl實現開關某個燈；
int uindex = 1;
ioctl(fd, LED_ON, &uindex);

int uindex = 2;
ioctl(fd, LED_ON, &uindex);

int uindex = 1;
ioctl(fd, LED_OFF, &uindex);

int uindex = 2;

ioctl(fd, LED_OFF, &uindex);、

底層驅動代碼：

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h> //struct file_operations
#include <linux/cdev.h> //struct cdev + 設備號
#include <asm/gpio.h>
#include <plat/gpio-cfg.h>
#include <linux/uaccess.h> //copy_to_user

//聲明LED操作的數據結構
struct led_cmd {
    int index;
    int cmd;
};

//聲明描述LED硬件相關的數據結構
struct led_resource {
    char *name;
    int gpio;
};

//定義初始化LED硬件信息
static struct led_resource led_info[] = {
    [0] = {
        .name = "LED1",
        .gpio = S5PV210_GPC0(3)
    },
    [1] = {
        .name = "LED2",
        .gpio = S5PV210_GPC0(4)
    }
};

//定義設備號
static dev_t dev;

//定義字符設備對象
static struct cdev led_cdev;

//調用關係：應用程序open->....->led_open
static int led_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    int i;
    
    for(i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++)
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 1);
    
    printk("%s\n", __func__);
    return 0; //執行成功返回0，執行失敗返回負值    
}

//調用關係：應用程序close->...->led_close
static int led_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
    int i;
    
    for(i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++)
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 0);
    
    printk("%s\n", __func__);
    return 0; //執行成功返回0，執行失敗返回負值    
}

//調用關係：應用程序read->...->led_read
static ssize_t led_read(struct file *file,
                        char __user *buf,
                        size_t count,
                        loff_t *ppos)
{
    //定義初始化內核緩衝區(存儲空間再後1G虛擬內存中)
    int kdata = 0x5555;

    //將內核數據上報給用戶
    //切記：buf雖然保存的用戶緩衝區的首地址，但不能直接訪問
    //*(int *)buf = kdata;錯誤
    copy_to_user(buf, &kdata, sizeof(kdata));
    printk("%s\n", __func__);    
    return sizeof(kdata); //失敗返回負值，成功返回實際讀取的字節數
}

//調用關係：應用程序write->...->最終調用led_write
static ssize_t led_write(struct file *file,
                        const char __user *buf,
                        size_t count,
                        loff_t *ppos)
{
    //定義內核緩衝區
    struct led_cmd kdata;

    //拷貝用戶數據到內核
    copy_from_user(&kdata, buf, sizeof(kdata));
    
    //開或者關燈
    gpio_set_value(led_info[kdata.index - 1].gpio, kdata.cmd);
    printk("%s:第%d燈被%s\n", 
            __func__, kdata.index, kdata.cmd?"打開":"關閉");
    return count; //失敗返回負值，成功返回寫入的字節數
}

#define LED_ON  0x100001 //開燈命令
#define LED_OFF 0x100002 //關燈命令

static long led_ioctl(struct file *file,
                        unsigned int cmd,
                        unsigned long arg)
{
    //定義內核緩衝區,保存用戶緩衝區的數據
    int kindex;

    //拷貝用戶數據到內核
    copy_from_user(&kindex, (int *)arg, sizeof(kindex));
    
    //解析處理用戶命令
    switch(cmd) {
        case LED_ON:
            gpio_set_value(led_info[kindex-1].gpio, 1);
            printk("%s:第%d個燈被打開！\n", __func__, kindex);
            break;
        case LED_OFF:
            gpio_set_value(led_info[kindex-1].gpio, 0);
            printk("%s:第%d個燈被關閉！\n", __func__, kindex);
            break;
        default:
            return -1;
    }
    return 0; //成功返回0，失敗返回-1
}

//定義初始化硬件操作方法
static struct file_operations led_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = led_open, //打開設備
    .release = led_close, //關閉設備
    .read = led_read, //讀取設備
    .write = led_write, //寫設備
    .unlocked_ioctl = led_ioctl //向設備發送命令和完成讀寫
};

static int led_init(void)
{
    int i;
    //申請設備號
    alloc_chrdev_region(&dev, 0, 1, "tarena");
    
    //初始化字符設備對象
    cdev_init(&led_cdev, &led_fops);
    
    //註冊字符設備對象到內核
    cdev_add(&led_cdev, dev, 1);
    
    //申請GPIO資源和配置GPIO爲輸出口，輸出0(省電)
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++) {
        gpio_request(led_info[i].gpio, led_info[i].name); 
        gpio_direction_output(led_info[i].gpio, 0);
    }
    return 0;
}

static void led_exit(void)
{
    int i;

    //輸出0，釋放GPIO資源
    for (i = 0; i < ARRAY_SIZE(led_info); i++) {
        gpio_set_value(led_info[i].gpio, 0);
        gpio_free(led_info[i].gpio);
    }`
    //卸載字符設備對象
    cdev_del(&led_cdev);
    //釋放設備號
    unregister_chrdev_region(dev, 1);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

應用層代碼：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>

#define LED_ON  0x100001
#define LED_OFF 0x100002

int main(void)
{
    int fd;
    int uindex; //用戶緩衝區

    //打開設備
    //open->....->調用led_open
    fd = open("/dev/myled", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        printf("打開設備失敗!\n");
        return -1;
    }
    
    //write->...->調用led_write
    while (1) {
        uindex = 1;
        ioctl(fd, LED_ON, &uindex);
        sleep(1);
        uindex = 2;
        ioctl(fd, LED_ON, &uindex);
        sleep(1);
        uindex = 1;
        ioctl(fd, LED_OFF, &uindex);
        sleep(1);
        uindex = 2;
        ioctl(fd, LED_OFF, &uindex);
        sleep(1);
    }
    //關閉設備
    //close->...->調用led_close
    close(fd);
    return 0;
}