Linux下LED设备驱动开发（LED灯实现闪烁）

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前面我们介绍了Linux设备模型、平台设备驱动、设备树(device tree)、GPIO子系统以及pinctrl子系统等，大家看这篇文章之前需要提前知道的基础都在这篇文章中：

Linux设备模型、平台设备驱动、设备树(device tree)、GPIO子系统以及pinctrl子系统介绍

有部分函数没有涉及到的最后会讲解。

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一、配置连接说明

我们做控制led灯的时候用的是下面三个管脚：

控制LED灯连接实图：

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二、更新设备树

（1）将led灯引脚添加到pinctrl子系统

将我们的引脚添加到 igkboard.dts 下的 &iomuxc 节点下：

pinctrl_my_gpio_leds: my-gpio-leds {fsl,pins = <   MX6UL_PAD_SNVS_TAMPER8__GPIO5_IO08 0x17059 /* led run */MX6UL_PAD_SNVS_TAMPER1__GPIO5_IO01 0x17059MX6UL_PAD_JTAG_MOD__GPIO1_IO10     0x17059>;};

引脚定义都是在文件：:~/imx6ull/imx6ull/bsp/kernel/linux-imx/arch/arm/boot/dts下可以查看：

wangdengtao@wangdengtao-virtual-machine:~/imx6ull/imx6ull/bsp/kernel/linux-imx/arch/arm/boot/dts$ cat imx6ul-pinfunc.h 
/* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0-only */
/** Copyright 2014 - 2015 Freescale Semiconductor, Inc.*/#ifndef __DTS_IMX6UL_PINFUNC_H
#define __DTS_IMX6UL_PINFUNC_H/** The pin function ID is a tuple of* <mux_reg conf_reg input_reg mux_mode input_val>*/
#define MX6UL_PAD_BOOT_MODE0__GPIO5_IO10		0x0014 0x02a0 0x0000 5 0
#define MX6UL_PAD_BOOT_MODE1__GPIO5_IO11		0x0018 0x02a4 0x0000 5 0#define MX6UL_PAD_SNVS_TAMPER1__GPIO5_IO01      0x0020 0x02ac 0x0000 5 0
#define MX6UL_PAD_SNVS_TAMPER8__GPIO5_IO08      0x003c 0x02c8 0x0000 5 0
#define MX6UL_PAD_SNVS_TAMPER0__GPIO5_IO00		0x001c 0x02a8 0x0000 5 0
#define MX6UL_PAD_JTAG_MOD__GPIO1_IO10          0x0044 0x02d0 0x0000 5 0

（2）设备树中添加LDE灯的设备树节点

将我们的 my_leds 设备节点添加在 igkbosrd.dts 的根节点下：

       my_leds {compatible = "my-gpio-leds"; /*设置“compatible”属性值，与led的平台驱动做匹配*/pinctrl-names = "default"; /*定义引脚状态*/pinctrl-0 = <&pinctrl_my_gpio_leds>; /*指定LED灯的引脚pinctrl信息*/status = "okay";led-gpios  = <&gpio5 8 GPIO_ACTIVE_HIGH>,/*指定引脚使用的哪个GPIO 引脚名字= <&GPIO组 GPIO编号 有效电平>*/<&gpio5 1 GPIO_ACTIVE_HIGH>,<&gpio1 10 GPIO_ACTIVE_HIGH>;default-state = "off";};

（3）编译更新设备树

添加完成之后我们需要去 linux-imx 文件夹下执行 make dtbs 编译一下我们的设备树，然后将开发板上如下的文件路径下的 igkboard.dtb 以及 zImage（linux下的zImage文件再/bootl路径下） 修改。

wangdengtao@wangdengtao-virtual-machine:~/imx6ull/imx6ull/bsp/kernel/linux-imx$ make dtbs

root@igkboard:~# find / -name zImage
/run/media/mmcblk1p1/zImage
root@igkboard:~# find / -name igkboard.dtb
/run/media/mmcblk1p1/igkboard.dtb

替换之后执行 sudo reboot 即可。

使用新的设备树重新启动之后正常情况下会在开发板的 “/proc/device-tree” 目录下生成 “my_leds” 设备树节点。如下所示。

root@igkboard:~# cd /proc/device-tree/
root@igkboard:/proc/device-tree# ls
'#address-cells'   3p3v          backlight-lcd   clock-di0   compatible   leds              mqs       panel        pxp_v4l2             regulator@0       soc         w1
'#size-cells'      __symbols__   chosen          clock-di1   cpus         memory@80000000   my_leds   pmu          regulator-peri-3v3   reserved-memory   sound-mqs1p8v              aliases       clock-cli       clock-osc   keys         model             name      pwm-buzzer   regulator-sd1-vmmc   serial-number     timer

进入节点文件我们可以看到我们设置的gpio子系统的属性：

root@igkboard:/proc/device-tree# cd my_leds/
root@igkboard:/proc/device-tree/my_leds# ls
compatible  default-state  led-gpios  name  pinctrl-0  pinctrl-names  status

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三、驱动开发与测试

（1）编写设备驱动代码

代码中涉及到的字符设备驱动不了解的可以参考这篇文章：Linux下字符设备驱动开发以及流程介绍

/*************************************************************************> File Name: led_gpio.c> Author: WangDengtao> Mail: [e-mail] > Created Time: 2023年03月21日 星期二 13时55分02秒************************************************************************/
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/platform_device.h>/*如果没有定义DEV_MAJOR就设置设备号为0,采用动态申请，如果有则使用宏定义的设备号*/
//#define DEV_MAJOR 88
#ifndef DEV_MAJOR
#define DEV_MAJOR 0
#endif#define PLATDRV_MAGIC 0x60 //魔术字
#define LED_OFF _IO (PLATDRV_MAGIC, 0x18)
#define LED_ON  _IO (PLATDRV_MAGIC, 0x19)
#define DEV_NAME  "my_led"       /*宏定义设备的名字*/int dev_major = DEV_MAJOR;/*led设备初始化*/ 
struct led_device {    dev_t              devid;      /* 设备号 */struct cdev        *cdev;      /*cdev结构体*/struct class       *class;     /*定义一个class用于创建类 */struct device      *device;    /*设备 */struct device_node *node;      /* led设备节点 */struct gpio_desc   *led_gpio1,*led_gpio2,*led_gpio3;  /*led灯GPIO描述符 */
}led_dev;/*字符设备操作函数集，open函数*/
static int led_open(struct inode *inode, struct file *file)
{file->private_data = &led_dev; //设置私有数据printk(KERN_DEBUG "/dev/led%d opened.\n", led_dev.devid);return 0;
}/*字符设备操作函数集，close函数*/
static int led_release(struct inode *inode, struct file *file)
{printk(KERN_DEBUG "/dev/led%d opened.\n", led_dev.devid);return 0;
}static void print_led_help(void)
{printk("Follow is the ioctl() command for LED driver:\n");printk("Turn LED on command : %u\n", LED_ON);printk("Turn LED off command : %u\n", LED_OFF);
}/*字符设备操作函数集，ioctl函数*/
static long led_ioctl(struct file *file, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{if(cmd == LED_OFF)/* variable case */{if(arg == 1){gpiod_set_value(led_dev.led_gpio1, 0);}else if(arg == 2){gpiod_set_value(led_dev.led_gpio2, 0);}else if(arg == 3){gpiod_set_value(led_dev.led_gpio3, 0);}else{printk("arg argument 1 2 3\n");return -EINVAL;}}else if(cmd == LED_ON){if(arg == 1){gpiod_set_value(led_dev.led_gpio1, 1);}else if(arg == 2){gpiod_set_value(led_dev.led_gpio2, 1);}else if(arg == 3){gpiod_set_value(led_dev.led_gpio3, 1);}else{printk("arg argument 1 2 3\n");return -EINVAL;}}else{printk("%s driver don't support ioctl command=%d\n", DEV_NAME, cmd);print_led_help();return -EINVAL;}return 0;
}/*字符设备操作函数集*/
static struct file_operations led_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = led_open,.release = led_release,.unlocked_ioctl = led_ioctl,
};  
/*驱动安装函数*/
static int led_probe(struct platform_device * pdev)
{int result= 0;/*获取led的设备树节点,该函数适用于只有一个gpio，index为0*///led_dev.led_gpio = gpiod_get(&pdev -> dev, "led", 0);led_dev.led_gpio1 = gpiod_get_index(&pdev -> dev, "led", 0, GPIOD_OUT_HIGH);led_dev.led_gpio2 = gpiod_get_index(&pdev -> dev, "led", 1, GPIOD_OUT_HIGH);led_dev.led_gpio3 = gpiod_get_index(&pdev -> dev, "led", 2, GPIOD_OUT_HIGH);if(IS_ERR(led_dev.led_gpio1)){printk("gpiod request failure\n");return -1;}/*设置GPIO的方向为输出状态，默认为低电平*/result = gpiod_direction_output(led_dev.led_gpio1, 0);gpiod_direction_output(led_dev.led_gpio2, 0);gpiod_direction_output(led_dev.led_gpio3, 0);if(0 != result ){printk("gpiod direction output set failure\n");return result;}/*字符设备驱动注册的流程一：分配主次设备号，这里不仅支持静态指定，也支持动态申请*//*静态申请主次设备号*/if(0 != dev_major){led_dev.devid = MKDEV(dev_major, 0);//将主设备号dev_major和从设备号0分配给devno变量result = register_chrdev_region(led_dev.devid, 1, DEV_NAME);//请求分配一个设备号，名字为DEV_NAME(chardev)，设备号是：88 0}/*动态申请*/else{result = alloc_chrdev_region(&led_dev.devid, 0, 1, DEV_NAME);//求分配一个名字为wangdengtao_dev的设备号，从设备号为0,保存到devid变量中dev_major = MAJOR(led_dev.devid);//获取设备号}/*失败后的处理结果，总规上面只执行一次，所以直接在外面判断就可*/if(result < 0){printk(KERN_ERR " %s chardev can't use major %d\n", DEV_NAME, dev_major);return -result;}printk("%s driver use major %d\n", DEV_NAME, dev_major);/*字符串设备驱动流程三：分配cdev结构体，使用动态申请的方式*//*内核在内部使用类型struct cdev的结构体来代表字符设备。在内核调用你的设备操作之前，你必须分配一个这样的结构体并注册给linux内核，在这个结构体里有对于这个设备进行操作的函数，具体定义在file_operation结构体中。*/if(NULL == (led_dev.cdev = cdev_alloc())){printk(KERN_ERR "%s driver can't alloc for the cdev\n", DEV_NAME);unregister_chrdev_region(led_dev.devid, 1);//释放掉设备号return -ENOMEM;}/*字符设备驱动流程三：分配cdev结构体，绑定主次设备号,fops到cdev结构体中，并且注册到linux内核*/led_dev.cdev -> owner = THIS_MODULE; /*.owner这表示谁拥有这个驱动程序*/cdev_init(led_dev.cdev, &led_fops);/*初始化设备*/result = cdev_add(led_dev.cdev, led_dev.devid, 1); /*将字符设备注册进内核*/if(0 != result){printk(KERN_INFO "%s driver can't register cdev:result = %d\n", DEV_NAME, result);goto ERROR;}printk(KERN_INFO "%s driver can register cdev:result = %d\n", DEV_NAME, result);/*自动创建设备类型、/dev设备节点*/led_dev.class = class_create(THIS_MODULE, DEV_NAME); /*创建设备类型sys/class/chrdev*/if (IS_ERR(led_dev.class)) {printk("%s driver create class failure\n", DEV_NAME);result = -ENOMEM;goto ERROR;}/*/dev/chrdev 注册这个设备节点*/led_dev.device = device_create(led_dev.class, NULL, led_dev.devid, NULL, DEV_NAME); if(IS_ERR(led_dev.device)){result = -ENOMEM;//返回错误码，应用空间strerror查看goto ERROR;}return 0;ERROR:printk(KERN_ERR" %s driver installed failure.\n", DEV_NAME);cdev_del(led_dev.cdev);unregister_chrdev_region(led_dev.devid, 1);return result;
}static int led_remove(struct platform_device *pdev)
{gpiod_set_value(led_dev.led_gpio1, 0); //低电平关闭灯gpiod_set_value(led_dev.led_gpio2, 0); //低电平关闭灯gpiod_set_value(led_dev.led_gpio3, 0); //低电平关闭灯gpiod_put(led_dev.led_gpio1); //释放gpiogpiod_put(led_dev.led_gpio2); //释放gpiogpiod_put(led_dev.led_gpio3); //释放gpiocdev_del(led_dev.cdev); //删除cdevunregister_chrdev_region(led_dev.devid, 1);//释放设备号device_destroy(led_dev.class, led_dev.devid);//注销设备class_destroy(led_dev.class); //注销类return 0;
}static const struct of_device_id leds_match_table[] = {{.compatible = "my-gpio-leds"},{/* sentinel */},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, leds_match_table);/*内核中使用platform_driver结构体来描述平台驱动*/
static struct platform_driver gpio_led_driver =
{.probe  = led_probe,                           //安装驱动的时候会执行的函数.remove = led_remove,                          //驱动卸载的时候会执行的函数.driver = {                                    //描述驱动的属性.name  = "my_led",                         //name域.owner = THIS_MODULE,                      //使用者，一般都是THIS_MODULE.of_match_table = leds_match_table,        //驱动能够兼容的设备类型                                                                                    },
};/*入口函数*/
static int __init platdrv_led_init(void)
{int rv;/*当我们初始化了platform_driver之后，通过platform_driver_register()函数来注册我们的平台驱动;成功注册了一个平台驱动后，就会在/sys/bus/platform/driver目录下生成一个新的目录项.成功： 0失败： 负数*/rv = platform_driver_register(&gpio_led_driver);if(rv < 0){printk(KERN_ERR "%s:%d: Can't register platform driver %d \n", __FUNCTION__, __LINE__, rv);return rv;}printk("Regist LED Platform Driver successfully!\n ");return 0;
}/*出口函数*/
static void __exit platdrv_led_exit(void)
{printk("%s: %d remove LED platform driver\n", __FUNCTION__, __LINE__);/*卸载的驱动模块时，需要注销掉已注册的平台驱动*/platform_driver_unregister(&gpio_led_driver);
}/*调用函数 module_init 来声明 xxx_init 为驱动入口函数，当加载驱动的时候 xxx_init函数就会被调用.*/
module_init(platdrv_led_init);
/*调用函数module_exit来声明xxx_exit为驱动出口函数，当卸载驱动的时候xxx_exit函数就会被调用.*/
module_exit(platdrv_led_exit);/*添加LICENSE和作者信息，是来告诉内核，该模块带有一个自由许可证；没有这样的说明，在加载模块的时内核会“抱怨”.*/
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");//许可 GPL、GPL v2、Dual MPL/GPL、Proprietary(专有)等，没有内核会提示.
MODULE_AUTHOR("WangDengtao");//作者
MODULE_VERSION("V1.0");//版本

（2）编写驱动测试代码

/*************************************************************************> File Name: led_gpio_test.c> Author: WangDengtao> Mail: [e-mail] > Created Time: 2023年03月23日 星期四 10时46分40秒************************************************************************/#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <stdlib.h>
#include <string.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <sys/select.h>#define LED_CNT 1
#define DEVNAME_LEN 30
#define PLATDRV_MAGIC 0x60#define LED_OFF _IO (PLATDRV_MAGIC, 0x18)
#define LED_ON _IO (PLATDRV_MAGIC, 0x19)static void msleep(unsigned long ms)
{struct timeval tv;tv.tv_sec = ms/1000;tv.tv_usec = (ms%1000)*1000;select(0, NULL, NULL, NULL, &tv);
}int main(int argc, char **argv)
{int fd[LED_CNT];char dev_name[DEVNAME_LEN];memset(dev_name, 0, sizeof(dev_name));snprintf(dev_name, sizeof(dev_name), "/dev/my_led");fd[LED_CNT] = open(dev_name, O_RDWR, 0755);if(fd[LED_CNT] < 0){printf("file %s open failure!\n", dev_name);goto err;}printf("open fd[%d] successfully.\n", fd[LED_CNT]);while(1){ioctl(fd[LED_CNT], LED_ON, 1);msleep(500);ioctl(fd[LED_CNT], LED_OFF, 1);ioctl(fd[LED_CNT], LED_ON, 2);msleep(500);ioctl(fd[LED_CNT], LED_OFF, 2);ioctl(fd[LED_CNT], LED_ON, 3);msleep(500);ioctl(fd[LED_CNT], LED_OFF, 3);msleep(500);}close(fd[LED_CNT]);return 0;
err:close(fd[LED_CNT]);return -1;
}

（3）Makefile

同时编译驱动文件以及测试文件，编译运行之后我们可以看见可执行文件以及.ko文件。

KERNAL_DIR ?= /home/wangdengtao/imx6ull/imx6ull/bsp/kernel/linux-imx
PWD :=$(shell pwd)
obj-m := led_gpio.oCC=arm-linux-gnueabihf-gcc
APP_NAME=led_gpio_testall:$(MAKE) -C $(KERNAL_DIR) M=$(PWD) modules@${CC} ${APP_NAME}.c -o ${APP_NAME}@make clearclear:@rm -f *.o *.cmd *.mod *.mod.c@rm -rf *~ core .depend .tmp_versions Module.symvers modules.order -f@rm -f .*ko.cmd .*.o.cmd .*.o.d@rm -f *.unsignedclean:@rm -f *.ko@rm -f ${APP_NAME}

wangdengtao@wangdengtao-virtual-machine:~/wangdengtao/driver/arm$ make
make -C /home/wangdengtao/imx6ull/imx6ull/bsp/kernel/linux-imx M=/home/wangdengtao/wangdengtao/driver/arm modules
make[1]: 进入目录“/home/wangdengtao/imx6ull/imx6ull/bsp/kernel/linux-imx”CC [M]  /home/wangdengtao/wangdengtao/driver/arm/led_gpio.oMODPOST /home/wangdengtao/wangdengtao/driver/arm/Module.symversCC [M]  /home/wangdengtao/wangdengtao/driver/arm/led_gpio.mod.oLD [M]  /home/wangdengtao/wangdengtao/driver/arm/led_gpio.ko
make[1]: 离开目录“/home/wangdengtao/imx6ull/imx6ull/bsp/kernel/linux-imx”
make[1]: 进入目录“/home/wangdengtao/wangdengtao/driver/arm”
make[1]: 离开目录“/home/wangdengtao/wangdengtao/driver/arm”
wangdengtao@wangdengtao-virtual-machine:~/wangdengtao/driver/arm$ ls
led_gpio.c  led_gpio.ko  led_gpio_test  led_gpio_test.c  Makefile

将我们的可执行文件以及.ko文件上传到开发板：

root@igkboard:~# tftp -gr led_gpio.ko 192.168.137.8
root@igkboard:~# tftp -gr led_gpio_test 192.168.137.8
root@igkboard:~# ls
led_gpio.ko  led_gpio_test

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四、结果展示

安装我们的驱动，可以看见在 /dev 路径下生成的设备树文件 my_led。

root@igkboard:~# insmod led_gpio.ko 
root@igkboard:~# lsmod
Module                  Size  Used by
led_gpio               16384  0
rtl8188fu             999424  0
imx_rngc               16384  0
rng_core               20480  1 imx_rngc
secvio                 16384  0
error                  20480  1 secvio
root@igkboard:~# ls -l /dev/my_led 
crw------- 1 root root 243, 0 Mar 25 08:49 /dev/my_led

执行我们的测试代码，我们可以看见我们的led灯隔5毫秒闪烁了:

root@igkboard:~# ./led_gpio_test 
open fd[3] successfully.

最后卸载我们的驱动：

root@igkboard:~# rmmod led_gpio
root@igkboard:~# lsmod
Module                  Size  Used by
rtl8188fu             999424  0
imx_rngc               16384  0
rng_core               20480  1 imx_rngc
secvio                 16384  0
error                  20480  1 secvio

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五、ioctl接口讲解

大部分驱动需要除了读写设备的能力，还需要有通过设备驱动进行各种硬件控制的能力。

ioctl 驱动函数：

int (*ioctl) (struct inode *inode, struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg);

• inode：和 filp 指针是对应应用程序传递的文件描述符 fd 的值， 和传递给 open 方法的相同参数。
• cmd：参数从用户那里不改变地传下来，并且可选的参数。
• arg：参数以一个 unsigned long 的形式传递， 不管它是否由用户给定为一个整数或一个指针。

为了保证 cmd 命令的唯一性（类似于现实中的身份证）。

wangdengtao@wangdengtao-virtual-machine:~$ cat /opt/TuxamitoSoftToolchains/arm-arm1176jzfssf-linux-gnueabi/gcc-4.6.4/arm-arm1176jzfssf-linux-gnueabi/sysroot/usr/include/asm-generic/ioctl.h
#ifndef _ASM_GENERIC_IOCTL_H
#define _ASM_GENERIC_IOCTL_H/* ioctl command encoding: 32 bits total, command in lower 16 bits,* size of the parameter structure in the lower 14 bits of the* upper 16 bits.* Encoding the size of the parameter structure in the ioctl request* is useful for catching programs compiled with old versions* and to avoid overwriting user space outside the user buffer area.* The highest 2 bits are reserved for indicating the ``access mode''.* NOTE: This limits the max parameter size to 16kB -1 !*//** The following is for compatibility across the various Linux* platforms.  The generic ioctl numbering scheme doesn't really enforce* a type field.  De facto, however, the top 8 bits of the lower 16* bits are indeed used as a type field, so we might just as well make* this explicit here.  Please be sure to use the decoding macros* below from now on.*/
#define _IOC_NRBITS	8
#define _IOC_TYPEBITS	8/** Let any architecture override either of the following before* including this file.*/#ifndef _IOC_SIZEBITS
# define _IOC_SIZEBITS	14
#endif#ifndef _IOC_DIRBITS
# define _IOC_DIRBITS	2
#endif#define _IOC_NRMASK	((1 << _IOC_NRBITS)-1)
#define _IOC_TYPEMASK	((1 << _IOC_TYPEBITS)-1)
#define _IOC_SIZEMASK	((1 << _IOC_SIZEBITS)-1)
#define _IOC_DIRMASK	((1 << _IOC_DIRBITS)-1)#define _IOC_NRSHIFT	0
#define _IOC_TYPESHIFT	(_IOC_NRSHIFT+_IOC_NRBITS)
#define _IOC_SIZESHIFT	(_IOC_TYPESHIFT+_IOC_TYPEBITS)
#define _IOC_DIRSHIFT	(_IOC_SIZESHIFT+_IOC_SIZEBITS)/** Direction bits, which any architecture can choose to override* before including this file.*/#ifndef _IOC_NONE
# define _IOC_NONE	0U
#endif#ifndef _IOC_WRITE
# define _IOC_WRITE	1U
#endif#ifndef _IOC_READ
# define _IOC_READ	2U
#endif#define _IOC(dir,type,nr,size) \(((dir)  << _IOC_DIRSHIFT) | \((type) << _IOC_TYPESHIFT) | \((nr)   << _IOC_NRSHIFT) | \((size) << _IOC_SIZESHIFT))#define _IOC_TYPECHECK(t) (sizeof(t))/* used to create numbers */
#define _IO(type,nr)		_IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)
#define _IOR(type,nr,size)	_IOC(_IOC_READ,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
#define _IOW(type,nr,size)	_IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
#define _IOWR(type,nr,size)	_IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
#define _IOR_BAD(type,nr,size)	_IOC(_IOC_READ,(type),(nr),sizeof(size))
#define _IOW_BAD(type,nr,size)	_IOC(_IOC_WRITE,(type),(nr),sizeof(size))
#define _IOWR_BAD(type,nr,size)	_IOC(_IOC_READ|_IOC_WRITE,(type),(nr),sizeof(size))/* used to decode ioctl numbers.. */
#define _IOC_DIR(nr)		(((nr) >> _IOC_DIRSHIFT) & _IOC_DIRMASK)
#define _IOC_TYPE(nr)		(((nr) >> _IOC_TYPESHIFT) & _IOC_TYPEMASK)
#define _IOC_NR(nr)			(((nr) >> _IOC_NRSHIFT) & _IOC_NRMASK)
#define _IOC_SIZE(nr)		(((nr) >> _IOC_SIZESHIFT) & _IOC_SIZEMASK)/* ...and for the drivers/sound files... */#define IOC_IN		(_IOC_WRITE << _IOC_DIRSHIFT)
#define IOC_OUT		(_IOC_READ << _IOC_DIRSHIFT)
#define IOC_INOUT	((_IOC_WRITE|_IOC_READ) << _IOC_DIRSHIFT)
#define IOCSIZE_MASK	(_IOC_SIZEMASK << _IOC_SIZESHIFT)
#define IOCSIZE_SHIFT	(_IOC_SIZESHIFT)#endif /* _ASM_GENERIC_IOCTL_H */

在驱动程序里， ioctl() 函数上传送的变量 cmd 是应用程序用于区别设备驱动程序请求处理内容的值。cmd除了可区别数字外，还包含有助于处理的几种相应信息。 cmd的大小为 32位，共分 4 个域：

bit31~bit30 2位为 “区别读写” 区，作用是区分是读取命令还是写入命令。

bit29~bit15 14位为 “数据大小” 区，表示 ioctl() 中的 arg 变量传送的内存大小。

bit20~bit08 8位为 “魔数"(也称为"幻数")区，这个值用以与其它设备驱动程序的 ioctl 命令进行区别。

bit07~bit00 8位为 “区别序号” 区，是区分命令的命令顺序序号。

内核定义了 _IO() , _IOR() , IOW() 和 _IOWR() 这 4 个宏来辅助生成上面的 cmd 。下面分析 _IO() 的实现。

上面的代码中可以看见_IO的定义以及_IOC的定义：

#define _IO(type,nr)        _IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)

#define _IOC(dir,type,nr,size) \(((dir)  << _IOC_DIRSHIFT) 	| \((type) << _IOC_TYPESHIFT) | \((nr)   << _IOC_NRSHIFT) 	| \((size) << _IOC_SIZESHIFT))

#ifndef _IOC_NONE
# define _IOC_NONE	0U
#endif#define _IOC_TYPESHIFT    (_IOC_NRSHIFT+_IOC_NRBITS)      //8
#define _IOC_SIZESHIFT    (_IOC_TYPESHIFT+_IOC_TYPEBITS)  //16
#define _IOC_DIRSHIFT     (_IOC_SIZESHIFT+_IOC_SIZEBITS)  //30
#define _IOC_NRSHIFT    0
#define _IOC_NRBITS     8
#define _IOC_TYPEBITS   8

(dir)  << _IOC_DIRSHIFT)    dir 往左移 30 位，即移到 bit31~bit30 两位上，得到方向(读写)的属性
(size) << _IOC_SIZESHIFT)   位左移 16 位得到“数据大小”区
(type) << _IOC_TYPESHIFT)   左移 8位得到"魔数区" 
(nr)   << _IOC_NRSHIFT)     左移 0 位( bit7~bit0) 

前面代码中我们使用的宏定义解释：

#define PLATDRV_MAGIC 0x60#define LED_OFF _IO (PLATDRV_MAGIC, 0x18)
#define LED_ON _IO (PLATDRV_MAGIC, 0x19)

_IO (魔数， 基数)：

魔数 (magic number)

魔数范围为 0~255 。通常，用英文字符 “A” ~ “Z” 或者 “a” ~ “z” 来表示。设备驱动程序从传递进来的命令获取魔数，然后与自身处理的魔数想比较，如果相同则处理，不同则不处理。魔数是拒绝误使用的初步辅助状态。设备驱动 程序可以通过 _IOC_TYPE (cmd) 来获取魔数。不同的设备驱动程序最好设置不同的魔数，但并不是要求绝对，也是可以使用其他设备驱动程序已用过的魔数。

基(序列号)数

基数用于区别各种命令。通常，从 0开始递增，相同设备驱动程序上可以重复使用该值。例如，读取和写入命令中使用了相同的基数，设备驱动程序也能分辨出来，原因在于设备驱动程序区分命令时 使用 switch ，且直接使用命令变量 cmd值。创建命令的宏生成的值由多个域组合而成，所以即使是相同的基数，也会判断为不同的命令。设备驱动程序想要从命令中获取该基数，就使用下面的宏：_IOC_NR (cmd)

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