linux ioctrl()详解

`ioctl()` 函数是 Linux 中实现设备驱动程序与用户空间程序交互的一种方式。它允许用户空间程序向设备驱动程序发送各种控制指令，以便于设备驱动程序对设备进行配置、状态查询等操作。

`ioctl()` 函数的原型为：

#include <sys/ioctl.h>

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

其中，`fd` 是文件描述符，`request` 是请求码，后面的可变参数是指向数据的指针。

`request` 通常是一个 32 位的整数值，它被分为四个部分：

| type | number | size | direction |

其中：

- `type` 表示请求的类型，通常是一个字符，用来区分请求的功能；
- `number` 是请求的编号，用来标识请求的具体类型；
- `size` 表示请求的数据大小；
- `direction` 表示请求的数据传输方向，可以是输入、输出或双向。

在设备驱动程序中，可以使用 `ioctl()` 函数来处理用户空间程序发送过来的请求。具体的实现方式可以根据不同的请求类型进行定制。

下面是一个简单的 `ioctl()` 使用示例：

#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <unistd.h>

#define MY_IOCTL_TYPE 'k'
#define MY_IOCTL_RESET _IO(MY_IOCTL_TYPE, 0)
#define MY_IOCTL_READ _IOR(MY_IOCTL_TYPE, 1, int)
#define MY_IOCTL_WRITE _IOW(MY_IOCTL_TYPE, 2, int)

int main() {
    int fd = open("/dev/mydevice", O_RDWR);
    if (fd == -1) {
        printf("Failed to open device.\n");
        return -1;
    }

    // 执行 RESET 操作
    if (ioctl(fd, MY_IOCTL_RESET) == -1) {
        printf("Failed to send RESET command.\n");
        return -1;
    }

    // 执行 READ 操作
    int data;
    if (ioctl(fd, MY_IOCTL_READ, &data) == -1) {
        printf("Failed to read data.\n");
        return -1;
    }
    printf("Data read from device: %d\n", data);

    // 执行 WRITE 操作
    data = 123;
    if (ioctl(fd, MY_IOCTL_WRITE, &data) == -1) {
        printf("Failed to write data.\n");
        return -1;
    }
    printf("Data written to device: %d\n", data);

    close(fd);
    return 0;
}

在上面的示例中，我们通过 `ioctl()` 函数执行了三个操作：RESET、READ 和 WRITE。其中：

- RESET 操作不需要传递任何参数，因此使用 `_IO()` 宏定义；
- READ 操作需要从设备中读取一个整数值，并将其存储到 `data` 变量中，因此使用 `_IOR()` 宏定义；
- WRITE 操作需要向设备中写入一个整数值，因此使用 `_IOW()` 宏定义。

设备驱动程序中的 `ioctl()` 实现可以参考以下示例：

#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/ioctl.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/module.h>

#define MY_IOCTL_TYPE 'k'
#define MY_IOCTL_RESET _IO(MY_IOCTL_TYPE, 0)
#define MY_IOCTL_READ _IOR(MY_IOCTL_TYPE, 1, int)
#define MY_IOCTL_WRITE _IOW(MY_IOCTL_TYPE, 2, int)

static long mydevice_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg) {
    int data = 0;
    switch (cmd) {
        case MY_IOCTL_RESET:
            // 处理 RESET 操作
            break;
        case MY_IOCTL_READ:
            // 处理 READ 操作
            data = 123;
            copy_to_user((int *) arg, &data, sizeof(int));
            break;
        case MY_IOCTL_WRITE:
            // 处理 WRITE 操作
            copy_from_user(&data, (int *) arg, sizeof(int));
            break;
        default:
            return -EINVAL;
    }
    return 0;
}

static struct file_operations mydevice_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .unlocked_ioctl = mydevice_ioctl,
};

static int __init mydevice_init(void) {
    // 注册设备驱动程序
    register_chrdev(0, "mydevice", &mydevice_fops);
    return 0;
}

static void __exit mydevice_exit(void) {
    // 注销设备驱动程序
    unregister_chrdev(0, "mydevice");
}

module_init(mydevice_init);
module_exit(mydevice_exit);

在上面的示例中，我们实现了 `mydevice_ioctl()` 函数来处理用户空间程序发送过来的请求。具体的实现方式可以根据不同的请求类型进行定制。在示例中，我们实现了 RESET、READ 和 WRITE 三种操作。

需要注意的是，在处理 READ 操作时，我们需要将设备中的数据拷贝到用户空间程序中；而在处理 WRITE 操作时，我们需要将用户空间程序中的数据拷贝到设备中。这里使用了 `copy_to_user()` 和 `copy_from_user()` 函数来完成数据拷贝操作。

最后，在 `mydevice_init()` 函数中，我们注册了设备驱动程序，并在 `mydevice_exit()` 函数中注销了设备驱动程序。