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/****************** * 高级字符设备驱动 ******************/
(1)ioctl
除了读取和写入设备外,大部分驱动程序还需要另外一种能力,即通过设备驱动程序执行各种类型的硬件控制。比如弹出介质,改变波特率等等。这些操作通过ioctl方法支持,该方法实现了同名的系统调用。
在用户空间,ioctl系统调用的原型是:
驱动程序的ioctl方法原型和用户空间的版本有一些不同:
int (*ioctl) (struct inode *inode,
struct file *filp,
unsigned int cmd,
unsigned long arg);
inode/filp: 对应用户空间的fd
cmd: 对应用户空间传来的cmd
arg: 对应传来的cmd参数
大多数ioctl的实现中都包括一个switch语句,用于根据cmd参数选择对应的操作。用户空间和内核空间的命令号要一致。
(2)选择ioctl的命令号
在编写ioctl的代码之前,要选择对应不同命令的编号。不能简单地从0或1开始选择编号,因为linux要求这个命令号应该在系统范围内唯一。linux内核采用约定方法为驱动程序选择ioctl号,可以参考include/asm/ioctl.h和Documentation/ioctl-number.txt。
一个ioctl号为32位,linux将其分成4个部分,构建一个ioctl号码所需要的宏都定义在<linux/ioctl.h>:
可以采用<linux/ioctl.h>中的宏构建一个ioctl号
返回值
对于系统调用来说,正的返回值是首保护的,而负值被认为是一个错误,并被用来设置用户空间的error变量。如果在调用ioctl方法时传入了没有定义的ioctl号,则系统返回的错误值为-ENVAL和-ENOTTY
(3)阻塞和非阻塞型操作
对于read和write等操作,默认的操作是阻塞型的,其特性是:
*如果一个进程调用了read但还没有数据可读,则此进程必须阻塞。数据到达时进程被唤醒,并把数据返回给调用者,即使数据数目少于count参数指定的数据也会返回。
*如果一个进程调用了write但缓冲区没有空间,则此进程必须阻塞,而且必须休眠在与读进程不同的等待队列上。当向硬件设备写入一些数据,从而腾出了部分输出缓冲区后,进程即被唤醒,write调用成功。
有时我们希望改变这一特性,将其改为非阻塞型的,这样,无论设备是否有数据可读写,read/write方法都马上返回。
如果希望设定某个文件是非阻塞的,则应设定filp->f_flags的O_NONBLOCK标志。处理非阻塞型文件时,应用程序调用stdio函数必须非常小心,因为很容易把一个非阻塞型的返回误认为是EOF,所以必须始终检查errno。
(4)异步通知
a.异步通知的作用
大多数时候阻塞型和非阻塞型操作的组合以及select方法可以有效查询设备,但有时候用这种技术效率就不高了。在面对某些随机或很少出现的情况时(如通过键盘输入CTRL+C),则需要采用异步通知(asynchronous notification)。
b.用户空间程序如何启动异步通知
为了启动文件的异步通知机制,用户程序必须执行两个步骤:
(5)驱动程序中如何实现异步通知
a.用户空间操作在内核的对应
b.在设备结构体中加入fasync_struct的指针
该结构在<linux/fs.h>中定义:
struct fasync_struct { int magic; int fa_fd; struct fasync_struct *fa_next; struct file *fa_file; };
c.驱动要调用的两个函数
这两个函数在<linux/fs.h>中声明。
定义在/fs/fcntl.c中。
原型如下:
当一个打开文件的FASYNC标志被修改,调用fasync_helper以便从相关的进程列表中增加或删除文件,而kill_fasync在数据到达时通知所有相关进程。
d.例子
01.在设备类型中定义fasync_struct动态数据结构
struct my_pipe { struct fasync_struct *async_queue; /* 异步读取结构 */ ...... };
02.驱动中的fasync函数调用fasync_helper
int my_fasync(fasync_file fd, struct file *filp, int mode) { my_pipe *dev = filp->private_data; return fasync_helper(fd, filp, mode, &dev->async_queue); }
03.符合异步通知条件时调用kill_fasync
异步通知的是一个读进程,所以要用write发送kill_fasync。
调用kill_fasync向所有注册在设备上的异步队列async_queue中的进程发送信号SIGIO。
ssize_t my_write(struct file *filp, const char *buf, size_t count, loff_t *f_pos) { ...... if (dev->async_queue) kill_fasync(&dev->async_queue, SIGIO, POLL_IN); ...... }
04.关闭文件时必须调用fasync方法
当关闭文件时必须调用fasync方法,以便从活动的异步读进程列表中删除该文件。
在release中调用:scull_p_fasync(-1, filp, 0);
总结
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