ok6410学习笔记（4.ioctl字符驱动）

      写了几篇文章发现，自己的总结方式有些问题进行了如下调整：

      1.对于驱动的学习应该注重的是驱动的结构，module_init里面的结构，read，write，ioctl里面的结构，日后的文章会详细结构部分。

      2.对于知识点的总结，应该加强对函数的总结，函数是一个很容易忘记的东西(因为不常用)。

      本节难点：

               1.ioctl的参数传递，和cmd命令的理解。
               2.ioctl和read，write在用途上有什么本质区别，等到学到硬件控制再回头看看。

      本节知识：

              1. 定义命令用的宏： _IO(type,nr)    _IOR(type,nr,datatype)
    _IOW(type,nr.datatype)     _IOWR(type,nr.datatype)    type是幻数

               2.register_chrdev_region静态申请设备号    alloc_chrdev_region动态申请设备号   unregister_chrdev_region注销设备号
  MAJOR()获得主设备号   MKDEV()获得设备号  MINOR()获得次设备号

               3.cdev_init（）设备注册初始化   cdev_add（）设备注册添加    cdev_del（）设备注销      
   
               4.在2.6.36以后的内核中没有了int (*ioctl) (struct inode *, struct file *, unsigned int, unsigned long);    只剩下long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);记住参数少了struct inode *
                5.判断命令号的宏   _IOC_TYPE()获得命令的type幻数  _IOC_NR()获得命令的num个数    _IOC_DIR()获得命令的数据传送方向  _IOC_SIZE获得传送数据的类型
                6.access_ok()   是用来判断用户空间传来的arg是否有效    copy_from_user，copy_to_user，get_user和put_user是不需要用access_ok因为，函数内部带有这个检测函数，而__get_user和__put_user必须在前面进行检查。copy_from_user可以按照一定的大小传递数据，get_user不能按照一定大小传递数据。
                7.ret=__get_user(kernel_num, (int *)arg);这类问题    必须使用在内核空间和用户空间之间传递数据的函数  直接赋值是不行的(后面想想貌似直接赋值也行，只要做好access_ok)。
8.最后一点，说说arg，也就是ioctl的数据传递方式，arg是一个unsigned long型的，可以当做一个指针地址传递各种数据，前提是用户空间有效。

       ioctl驱动函数的结构

            1.先判断命令号是否正确

            2.判断用户态传递的空间是否有效针对  __get_user和__put_user  貌似还有直接赋值

            3.通过switch  case实现命令

       代码

memdev.c

/**************************************************************************
文件名：            memdev.c
日期：              2013/05/22   15:58
头文件：            memdev.h
功能：              ioctl字符驱动 （通过三个命令进行ioctl的测试） 此为驱动部分
环境：              Redhat企业版5  内核版本2.6.18-53.el5
作者：              Hao
流程：              1.分配设备号(a.静态申请  b.动态分配)
2.创建设备文件(a.手动创建mknod(需要设备号)注“设备名和设备文件名”  b.自动创建)
3.设备注册(a.设备注册分配  b.设备注册初始化  c.设备注册添加)
4.实现file_operation中的函数
ioctl驱动
a.初始化cmd
b.无参数的命令
c.读方向的命令
d.写方向的命令
e.在ioctl函数中命令的实现
5.设备注销(cdev_del)
6.设备号注销
***************************************************************************/
#include <linux/module.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/slab.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/system.h>
#include <asm/uaccess.h>

#include "memdev.h"

static int mem_major = MEMDEV_MAJOR;
module_param(mem_major, int, S_IRUGO);
struct cdev c_dev;

int kernel_num=1991;//用一个全局变量吧  要不不能把先写入的数据保存下来
char kernel_buf[40]="hello kernel!!!";

MODULE_AUTHOR("Hao");
MODULE_LICENSE("GPL");

/**************************************************************************
函数名：                     memdev_ioctl
函数功能:                   ioctl实现函数  命令实习函数
函数参数:                   无
函数返回值:                 返回ret为正常执行   返回-EINVAL命令号不正确
***************************************************************************/
static long memdev_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
int ret=0;
int err=0;
//int kernel_num=1991;
//char kernel_buf[20]="hello kernel!!!";

/*先判断命令号是否正确*/
if (_IOC_TYPE(cmd) != CMD_KTYPE) //获得命令的type类型是否正确
return -EINVAL;
if (_IOC_NR(cmd) > NUM_KCMD)    //获得命令的num类型  是否小于命令个数
return -EINVAL;

/*获命令的数据传输方向   根据各自的方向判断*/
if (_IOC_DIR(cmd) & _IOC_READ)
err = !access_ok(VERIFY_WRITE, (void *)arg, _IOC_SIZE(cmd));/*此函数是根据
内核空间写的 是用来判断 arg应用程序传来的用户空间 是否有效的  所以对于用户空间来说是写*/
else if (_IOC_DIR(cmd) & _IOC_WRITE)
err = !access_ok(VERIFY_READ, (void *)arg, _IOC_SIZE(cmd));//对于用户空间来说是读   成功返回1  失败返回0
if (err)
return -EFAULT;

/*实现CMD的用法*/
switch(cmd)
{
case NONE_KCMD:
printk(KERN_EMERG "NONE_KCMD is in kernel!!!\n");
break;
case READ_KCMD:
ret=__put_user(kernel_num, (int *)arg);  //把内核中的int型数据读入用户空间   unsigned long arg就是一个地址值   kernel->arg
break;
case WRITE_KCMD:
ret=__get_user(kernel_num, (int *)arg);   //arg->kernel_num   把用户空间的数据传递给kernel_num
printk(KERN_EMERG "WRITE_KCMD is in kernel!!!  kernel_num:%d \n",kernel_num);
break;
case READ_STR_KCMD:
if(copy_to_user((char *)arg,kernel_buf,40))//这个实验 是从内核空间到用户空间 传递固定大小count的数据
ret =  - EFAULT;
break;
case WRITE_STR_KCMD:
if(copy_from_user(kernel_buf,(char *)arg,40));//不太适合是因为 只能传递规定大小的数据  这里不能超过40的
ret =  - EFAULT;
break;
default:
return -EINVAL;
break;
}

}

int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}

int mem_open(struct inode *inode,struct file *filp)
{
return 0;
}

static const struct file_operations mem_fops =  //定义此字符设备的file_operations
{						//这里是对结构体整体赋值的方式
.owner = THIS_MODULE, //函数名都可以自己定义  都是函数指针
.open = mem_open,
.release = mem_release,
.unlocked_ioctl=memdev_ioctl,
};

static int memdev_init(void)
{
int result;
dev_t dev_num=MKDEV(mem_major,0);//将主设备号和次设备号转换成32位的设备号给   静态申请设备号用的
if(mem_major)
result=register_chrdev_region(dev_num,2,"newmemdev");//静态申请设备号为dev_num 2个设备  设备名为“newmemdev”
else
{
result=alloc_chrdev_region(&dev_num,0,2,"newmemdev");//动态分配设备号   设备名可以在/proc/devices文件中找   与/dev路径找文件不同  因为一个设备文件  一个次设备号
mem_major = MAJOR(dev_num);//获得主设备号
}
if (result < 0)
{
return result;   //判断动态分配是否成功  不成功则退出函数
}
/*设备注册 分配已经在前面完成了 为全局变量*/
cdev_init(&c_dev,&mem_fops);//设备注册初始化  将设备号dev_num和file_operation建立联系
c_dev.owner = THIS_MODULE;//*****************貌似可以屏蔽吧*********************
cdev_add(&c_dev,dev_num,2);//设备注册  添加   设备号为dev_num 设备数为2个
return 0;
}

static int memdev_exit(void)
{
cdev_del(&c_dev);//设备注销
unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2);//设备号注销
return 0;
}

module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);

memdev.h

/**************************************************************************
文件名：            memdev.h
日期：              2013/05/22   15:10
头文件：            memdev.h
功能：              ioctl字符驱动 （通过三个命令进行ioctl的测试） 此为驱动部分头文件
定义三个命令
环境：              Redhat企业版5  内核版本2.6.18-53.el5
作者：              Hao
流程：              1.分配设备号(a.静态申请  b.动态分配)
2.创建设备文件(a.手动创建mknod(需要设备号)注“设备名和设备文件名”  b.自动创建)
3.设备注册(a.设备注册分配  b.设备注册初始化  c.设备注册添加)
4.实现file_operation中的函数
ioctl驱动
a.初始化cmd
b.无参数的命令
c.读方向的命令
d.写方向的命令
5.设备注销(cdev_del)
6.设备号注销
***************************************************************************/
#ifndef _MEMDEV_H_
#define _MEMDEV_H_

#include <linux/ioctl.h>

#ifndef MEMDEV_MAJOR
#define MEMDEV_MAJOR 251   /*预设的mem的主设备号*/
#endif

#ifndef MEMDEV_NR_DEVS
#define MEMDEV_NR_DEVS 2    /*设备数*/
#endif

#ifndef MEMDEV_SIZE
#define MEMDEV_SIZE 4096   /*开辟的内存大小*/
#endif

/*mem设备描述结构体*/
struct mem_dev
{
char *data;
unsigned long size;
};

#define CMD_KTYPE 'k' //定义命令幻数   也叫命令类型

#define NONE_KCMD   _IO(CMD_KTYPE,1)  //定义无参数的命令
#define READ_KCMD   _IOR(CMD_KTYPE,2,int)   //定义读方向的命令
#define WRITE_KCMD  _IOW(CMD_KTYPE,3,int)  //定义写方向的命令
#define READ_STR_KCMD  _IOR(CMD_KTYPE,4,int)   //定义读方向的命令  读字符串
#define WRITE_STR_KCMD _IOW(CMD_KTYPE,5,int)  //定义写方向的命令   写字符串

#define NUM_KCMD 5  //命令个数  后面判断命令是否有效 用的

#endif /* _MEMDEV_H_ */

appmem_ioctl

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

int main(void)
{
int fd=0;
int arg=0;
char buf[40]="WRITE_STR_KCMD is in kernel";
if(-1==(fd=open("/dev/memdev0",O_RDWR)))  //设备节点名称为memdev0
{
printf("Open Dev Mem0 Error!\n");
_exit(EXIT_FAILURE);
}
printf("begin NONE_KCMD!!!\n");   //一个无参数的命令
ioctl(fd,NONE_KCMD,&arg);

printf("begin WRITE_KCMD!!!\n");  //写入一个int型arg
arg=2013;
ioctl(fd,WRITE_KCMD,&arg);

printf("begin READ_KCMD!!!\n");   //把上面写入的arg或者是驱动程序中的arg读出来
arg=0; //排除误会
ioctl(fd,READ_KCMD,&arg);
printf("now arg is %d\n",arg);

printf("begin WRITE_STR_KCMD!!!\n");  //写入一个固定大小20字节的字符串
ioctl(fd,WRITE_STR_KCMD,buf);

printf("begin READ_STR_KCMD!!!\n");
memset(buf, 0, 40);//排除误会
ioctl(fd,READ_STR_KCMD,buf);
printf("now buf is %s\n",buf);

close(fd);
return 0;
}