05-字符设备驱动之ioctl

在04-最简单的字符设备驱动这篇文章中介绍了一个简单的字符设备驱动，包含了4个基本系统调用：open、close、read、write。其中read、write可以在应用空间和内核空间交换数据。但是某些操作不太适合他们来实现。比如：

• 清空kBuf
• 设置kBuf的操作行为
• 读取kBuf的属性，比如里面有多少有效数据等等。

这些操作不是"读数据"或"写数据"，而是"控制设备"。此时我们就需要另一个系统调用，ioctl来实现"控制设备"。

ioctl 的作用

ioctl = I/O Control（输入/输出控制）

read/write     →  数据传输（data transfer），同一类数据。
ioctl          →  设备控制（device control），可以传输各种不同的数据，相关参数可以起到解析数据的提示作用。

用户空间的 ioctl 调用

#include <sys/ioctl.h>

int ioctl(int fd, unsigned long cmd, ...);

参数：

• fd：文件描述符（open() 返回的）
• cmd：命令编号（你自己定义）
• ...：可选参数（根据命令不同）

ioctl参数cmd的定义

ioctl的参数cmd是一个 32位整数，包含多个字段：

  31        30  29    16 15      8 7       0
  ┌───────────┬─────────┬─────────┬─────────┐
  │    dir    │   size  │   type  │   nr    │
  └───────────┴─────────┴─────────┴─────────┘
    方向             数据大小     魔数      编号
    (2位)            (14位)     (8位)     (8位)

字段说明：

• nr (number)：命令编号（0-255）
• type：魔数（幻数），标识你的驱动，防止将别的驱动定义的ioctl命令用于操作此驱动，避免混淆，比如A驱动定义了一个用于复位的命令：A_CMD_RESET， B驱动定义了一个用于清空缓存区的命令：B_CMD_CLEAN，假设它们除了type不同，其他都一样，万一不小心把B_CMD_CLEAN用到A驱动上，你会觉得很差异，因为从宏的字面意思来看，你认为你在做清空缓存操作，结果设备无任何反应。
• size：传输数据的大小
• dir(direction)：数据方向
  • _IOC_NONE：无数据传输
  • _IOC_READ：从驱动读取数据到用户空间
  • _IOC_WRITE：从用户空间写入数据到驱动
  • _IOC_READ|_IOC_WRITE：双向