大家好，我是极客范的本期栏目编辑小友，现在为大家讲解linux内核驱动中_IO, _IOR, _IOW, _IOWR 宏的用法与解析问题。
在驱动程序中，ioctl()函数上传输的变量cmd是应用程序用来区分设备驱动程序请求的内容的值。除了区分数字，cmd还包含几种有助于处理的对应信息。Cmd的大小为32位，分为四个域：
位31 ~位30 2位是“读写区分”区，用于区分读命令和写命令。
位29 ~位15 14位是“数据大小”区域，表示ioctl()中arg变量传输的内存大小。
Bit20~bit08 8位是“幻数”(也称“幻数”)区域，用来区别于其他设备驱动的ioctl命令。
Bit07~bit00 8位是‘区分序号’区，是区分命令的顺序序号。
命令代码中“读写区分区”的值可以是_IOC_NONE (0值)，表示无数据传输，_IOC_READ(读)、_IOC_WRITE(写)、_IOC_READ|_IOC_WRITE(双向)。
内核定义了四个宏_IO()、_IOR()、IOW()和_IOWR()来帮助生成上面的cmd。下面分析了_IO()的实现，其他的类似：
您可以在asm-generic/ioctl.h中看到_IO()的定义：
#define _IO(类型，nr) _IOC(_IOC_NONE)，(类型)，(nr)，0)
请看_IOC()的定义：
#define _IOC(目录、类型、数量、大小)\
(((dir) _IOC_DIRSHIFT) | \
((类型)_ IOC _ typesshift)| \
((nr) _IOC_NRSHIFT) | \
((大小)_IOC_SIZESHIFT))
可以看出_IO()的最终结果是由_IOC()中移位组合的四个参数组成的。
再看看_ IOC _ DIRSHIT的定义：
# define _ IOC _ DIRSHIFT(_ IOC _ SIZESHIFT _ IOC _ SIZEBITS)
_ IOC _ SIZETCH定义：
# define _ IOC _ SIZESHIFT(_ IOC _ typesshift _ IOC _ TYPEBITS)
_IOC_TYPESHIF定义：
# define _ IOC _ typesshift(_ IOC _ NRSHIFT _ IOC _ NRBITS)
_IOC_NRSHIFT定义：
#define _IOC_NRSHIFT 0
_IOC_NRBITS定义：
#define _IOC_NRBITS 8
_ IOC _ TYPEBITS定义：
# define _ IOC _ TYPEBITS 8
从上面的定义，向上推得到：
使用
_ IOC _ TYPESHIFT=8
_IOC_SIZESHIFT=16
_IOC_DIRSHIFT=30
因此，在(dir) _IOC_DIRSHIFT)表中，dir左移30位，即移至位31 ~位30。
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) 。这样，就得到了 _IO() 的宏值。这几个宏的使用格式为：
_IO (魔数， 基数);
_IOR (魔数， 基数， 变量型)
_IOW (魔数， 基数， 变量型)
_IOWR (魔数， 基数，变量型 )
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)通常，switch 中的 case 值使用的是命令的本身。变量型 变量型使用 arg 变量指定传送的数据大小，但是不直接代入输入，而是代入变量或者是变量的类型，原因是在使用宏创建命令，已经包含了 sizeof() 编译命令。比如 _IOR() 宏的定义是：
引用
#define _IOR(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
而 _IOC_TYPECHECK() 的定义正是：
引用
#define _IOC_TYPECHECK(t) (sizeof(t))
设备驱动程序想要从传送的命令获取相应的值，就要使用下列宏函数： _IOC_SIZE(cmd)
_IO 宏
该宏函数没有可传送的变量，只是用于传送命令。例如如下约定：
引用
#define TEST_DRV_RESET _IO ('Q', 0)
此时，省略由应用程序传送的 arg 变量或者代入 0 。在应用程序中使用该宏时，比如：
ioctl (dev, TEST_DEV_RESET, 0) 或者 ioctl (dev, TEST_DRV_RESET) 。这是因为变量的有效因素是可变因素。只作为命令使用时，没有必要判 断出设备上数据的输出或输入。因此，设备驱动程序没有必要执行设备文件大开选项的相关处理。
_IOR 宏 该函数用 于创建从设备读取数据的命令，例如可如下约定：
引用
#define TEST_DEV_READ _IRQ('Q', 1, int)
这说明应用程序从设备读取数据的大小为 int 。下面宏用于判断传送到设备驱动程序的 cmd 命令的读写状态： _IOC_DIR (cmd)运行该宏时，返回值的类型 如下：
_IOC_NONE : 无属性
_IOC_READ : 可读属性
_IOC_WRITE : 可写属性
_IOC_READ | _IOC_WRITE : 可读，可写属性
使用该命令时，应用程序的 ioctl() 的 arg 变量值指定设备驱动程序上读取数据时的缓存(结构体)地址。_IOW 宏 用于创建设 备上写入数据的命令，其余内容与 _IOR 相同。通常，使用该命令时，ioctl() 的 arg 变量值指定设备驱动程序上写入数据时的缓存(结构体)地址。_IOWR 宏 用于创建设备上读写数据的命令。其余内 容与 _IOR 相同。通常，使用该命令时，ioctl() 的 arg 变量值指定设备驱动程序上写入或读取数据时的缓存 (结构体) 地址。_IOR() , _IOW(), IORW() 的定义： #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)))