ioctl

1. 概念

ioctl 是设备驱动程序中设备控制接口函数，一个字符设备驱动通常会实现设备打开、关闭、读、写等功能，在一些需要细分的情境下，如果需要扩展新的功能，通常以增设 ioctl() 命令的方式实现。

在文件 I/O 中，ioctl 扮演着重要角色，本文将以驱动开发为侧重点，从用户空间到内核空间纵向分析 ioctl 函数。

2. 用户空间 ioctl

#include <sys/ioctl.h>

int ioctl(int fd, int cmd, ...) ;
参数    描述
fd    文件描述符
cmd    交互协议，设备驱动将根据 cmd 执行对应操作
…    可变参数 arg，依赖 cmd 指定长度以及类型
ioctl() 函数执行成功时返回 0，失败则返回 -1 并设置全局变量 errorno 值

因此，在用户空间使用 ioctl 时，可以做如下的出错判断以及处理：

int ret;
ret = ioctl(fd, MYCMD，(unsigned long)&stPhyInfo);
if (ret == -1)
{
    printf("ioctl: %s
", strerror(errno));
}

在实际应用中，ioctl 最常见的 errorno 值为 ENOTTY（error not a typewriter），顾名思义，即第一个参数 fd 指向的不是一个字符设备，不支持 ioctl 操作，这时候应该检查前面的 open 函数是否出错或者设备路径是否正确。

3. 驱动程序 ioctl

long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);
long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);

在新版内核中， 与 取代了 。unlocked_ioctl，顾名思义，应该在无大内核锁（BKL）的情况下调用；compat_ioctl，compat 全称 compatible（兼容的），主要目的是为 64 位系统提供 32 位 ioctl 的兼容方法，也是在无大内核锁的情况下调用。

在《Linux Kernel Development》中对两种 ioctl 方法有详细的解说。

在字符设备驱动开发中，一般情况下只要实现 unlocked_ioctl 函数即可，因为在 vfs 层的代码是直接调用 unlocked_ioctl 函数

// fs/ioctl.c

static long vfs_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd,
unsigned long arg)
{
    int error = -ENOTTY;

    if (!filp->f_op || !filp->f_op->unlocked_ioctl) 
        goto out;

    error = filp->f_op->unlocked_ioctl(filp, cmd, arg);
    if (error == -ENOIOCTLCMD) {
        error = -ENOTTY;
    } 
    out:
    return error;
}

内核态// ioctl-test-driver.c
......

static const struct file_operations fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = test_open,
    .release = test_close,
    .read = test_read,
    .write = etst_write,
    .unlocked_ioctl = test_ioctl,
};

......

static long test_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, 
                        unsigned long arg)
{
    //printk("[%s]
", __func__);

    int ret;
    struct msg my_msg;

    /* 检查设备类型 */
    if (_IOC_TYPE(cmd) != IOC_MAGIC) {
        pr_err("[%s] command type [%c] error!
", 
            __func__, _IOC_TYPE(cmd));
        return -ENOTTY; 
    }

    /* 检查序数 */
    if (_IOC_NR(cmd) > IOC_MAXNR) { 
        pr_err("[%s] command numer [%d] exceeded!
", 
            __func__, _IOC_NR(cmd));
        return -ENOTTY;
    }    

    /* 检查访问模式 */
    if (_IOC_DIR(cmd) & _IOC_READ)
        ret= !access_ok(VERIFY_WRITE, (void __user *)arg, 
                _IOC_SIZE(cmd));
    else if (_IOC_DIR(cmd) & _IOC_WRITE)
        ret= !access_ok(VERIFY_READ, (void __user *)arg, 
                _IOC_SIZE(cmd));
    if (ret)
        return -EFAULT;

    switch(cmd) {
    /* 初始化设备 */
    case IOCINIT:
        init();
        break;

    /* 读寄存器 */
    case IOCGREG:
        ret = copy_from_user(&msg, 
            (struct msg __user *)arg, sizeof(my_msg));
        if (ret) 
            return -EFAULT;
        msg->data = read_reg(msg->addr);
        ret = copy_to_user((struct msg __user *)arg, 
                &msg, sizeof(my_msg));
        if (ret) 
            return -EFAULT;
        break;

    /* 写寄存器 */
    case IOCWREG:
        ret = copy_from_user(&msg, 
            (struct msg __user *)arg, sizeof(my_msg));
        if (ret) 
            return -EFAULT;
        write_reg(msg->addr, msg->data);
        break;

    default:
        return -ENOTTY;
    }

    return 0;
}

用户态// ioctl-test.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h> 

#include "ioctl-test.h"

int main(int argc, char **argv)
{

    int fd;
    int ret;
    struct msg my_msg;

    fd = open("/dev/ioctl-test", O_RDWR);
    if (fd < 0) {
        perror("open");
        exit(-2);
    }

    /* 初始化设备 */
    ret = ioctl(fd, IOCINIT);
    if (ret) {
        perror("ioctl init:");
        exit(-3);
    }

    /* 往寄存器0x01写入数据0xef */
    memset(&my_msg, 0, sizeof(my_msg));
    my_msg.addr = 0x01;
    my_msg.data = 0xef;
    ret = ioctl(fd, IOCWREG, &my_msg);
    if (ret) {
        perror("ioctl read:");
        exit(-4);
    }

    /* 读寄存器0x01 */
    memset(&my_msg, 0, sizeof(my_msg));
    my_msg.addr = 0x01;
    ret = ioctl(fd, IOCGREG, &my_msg);
    if (ret) {
        perror("ioctl write");
        exit(-5);
    }
    printf("read: %#x
", my_msg.data);

    return 0;
}

引用https://blog.csdn.net/qq_19923217/article/details/82698787。