了解ioctl

關於驅動程式中的ioctl

我這裏說的ioctl函數是在驅動程式裏的，因爲我不知道還有沒有別的場合用到了ioctl， 所以就規定了我們討論的範圍。爲什麽要寫篇文章呢，是因爲我前一陣子被ioctl給搞混 了，這幾天才弄明白它，於是在這裏清理一下頭腦。 一、 什麽是ioctl。 ioctl是設備驅動程式中對設備的I/O通道進行管理的函數。所謂對I/O通道進行管理，就 是對設備的一些特性進行控制，例如串口的傳輸串列傳輸速率、馬達的轉速等等。它的調用個數 如下： int ioctl(int fd, ind cmd, …)； 其中fd就是用戶程式打開設備時使用open函數返回的文件標示符，cmd就是用戶程式對設 備的控制命令，至於後面的省略號，那是一些補充參數，一般最多一個，有或沒有是和 cmd的意義相關的。 ioctl函數是文件結構中的一個屬性分量，就是說如果你的驅動程式提供了對ioctl的支 持，用戶就可以在用戶程式中使用ioctl函數控制設備的I/O通道。 二、 ioctl的必要性 如果不用ioctl的話，也可以實現對設備I/O通道的控制，但那就是蠻擰了。例如，我們可 以在驅動程式中實現write的時候檢查一下是否有特殊約定的資料流通過，如果有的話， 那麽後面就跟著控制命令（一般在socket編程中常常這樣做）。但是如果這樣做的話，會 導致代碼分工不明，程式結構混亂，程式師自己也會頭昏眼花的。 所以，我們就使用ioctl來實現控制的功能。要記住，用戶程式所作的只是通過命令碼告 訴驅動程式它想做什麽，至於怎麽解釋這些命令和怎麽實現這些命令，這都是驅動程式要 做的事情。 三、 ioctl如何實現 這是一個很麻煩的問題，我是能省則省。要說清楚它，沒有四五千字是不行的，所以我這 裏是不可能把它說得非常清楚了，不過如果有讀者對用戶程式怎麽和驅動程式聯繫起來感 興趣的話，可以看我前一陣子寫的《write的奧秘》。讀者只要把write換成ioctl，就知 道用戶程式的ioctl是怎麽和驅動程式中的ioctl實現聯繫在一起的了。 我這裏說一個大概思路，因爲我覺得《Linux設備驅動程式》這本書已經說的非常清楚 了，但是得化一些時間來看。 在驅動程式中實現的ioctl函數體內，實際上是有一個switch{case}結構，每一個case對 應一個命令碼，做出一些相應的操作。怎麽實現這些操作，這是每一個程式師自己的事 情，因爲設備都是特定的，這裏也沒法說。關鍵在於怎麽樣組織命令碼，因爲在ioctl中 命令碼是唯一聯繫用戶程式命令和驅動程式支援的途徑。 命令碼的組織是有一些講究的，因爲我們一定要做到命令和設備是一一對應的，這樣才不 會將正確的命令發給錯誤的設備，或者是把錯誤的命令發給正確的設備，或者是把錯誤的 命令發給錯誤的設備。這些錯誤都會導致不可預料的事情發生，而當程式師發現了這些奇 怪的事情的時候，再來調試程式查找錯誤，那將是非常困難的事情。 所以在Linux核心中是這樣定義一個命令碼的： ____________________________________ | 設備類型 | 序列號 | 方向 | 資料尺寸| |----------|--------|------|--------| | 8 bit | 8 bit |2 bit |8~14 bit| |----------|--------|------|--------| 這樣一來，一個命令就變成了一個整數形式的命令碼。但是命令碼非常的不直觀，所以 Linux Kernel中提供了一些巨集，這些巨集可根據便於理解的字串生成命令碼，或者是從 命令碼得到一些用戶可以理解的字串以標明這個命令對應的設備類型、設備序列號、數 據傳送方向和資料傳輸尺寸。 這些宏我就不在這裏解釋了，具體的形式請讀者察看Linux核心源代碼中的和，文件裏給 除了這些宏完整的定義。這裏我只多說一個地方，那就是"幻數"。 幻數是一個字母，資料長度也是8，所以就用一個特定的字母來標明設備類型，這和用一 個數位是一樣的，只是更加利於記憶和理解。就是這樣，再沒有更複雜的了。 更多的說了也沒有，讀者還是看一看源代碼吧，推薦各位閱讀《Linux 設備驅動程式》所 帶源代碼中的short一例，因爲它比較短小，功能比較簡單，可以看明白ioctl的功能和細 節。 四、 cmd參數如何得出 這裏確實要說一說，cmd參數在用戶程式端由一些巨集根據設備類型、序列號、傳送方向、 資料尺寸等生成，這個整數通過系統調用傳遞到內核中的驅動程式，再由驅動程式使用解 碼巨集從這個整數中得到設備的類型、序列號、傳送方向、資料尺寸等資訊，然後通過 switch{case}結構進行相應的操作。 要透徹理解，只能是通過閱讀源代碼，我這篇文章實際上只是一個引子。Cmd參數的組織 還是比較複雜的，我認爲要搞熟它還是得花不少時間的，但是這是值得的，驅動程式中最 難的是對中斷的理解。 五、 小結 ioctl其實沒有什麽很難的東西需要理解，關鍵是理解cmd命令碼是怎麽在用戶程式裏生成 並在驅動程式裏解析的，程式師最主要的工作量在switch{case}結構中，因爲對設備的 I/O控制都是通過這一部分的代碼實現的。 參考資料： 1．《Linux 設備驅動程式》，魯賓尼著，中國電力出版社。 2．《write的奧秘》，coly，真情流露(202.204.7.235)->電腦技術->Linux技術。