作者：苗德行,华清远见嵌入式培训中心讲师。

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：

bit24~bit31 为 “区别读写” 区，作用是区分是读取命令还是写入命令。

bit16~bit23 为 "数据大小" 区，表示 ioctl() 中的 arg 变量传送的内存大小。

bit08~bit15 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。

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

像命令码中的 “区分读写区” 里的值可能是 _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 _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，其它的类似。

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vim /usr/include/asm-generic/ioctl.h

在 asm-generic/ioctl.h 里可以看到 _IO() 的定义：

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

再看 _IOC() 的定义：

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

可见，_IO() 的最后结果由 _IOC() 中的 4 个参数移位组合而成。

再看 _IOC_DIRSHIT 的定义：

#define _IOC_DIRSHIFT (_IOC_SIZESHIFT+_IOC_SIZEBITS)

_IOC_SIZESHIFT 的定义：

#define _IOC_SIZESHIFT (_IOC_TYPESHIFT+_IOC_TYPEBITS)

_IOC_TYPESHIF 的定义：

#define _IOC_TYPESHIFT (_IOC_NRSHIFT+_IOC_NRBITS)

_IOC_NRSHIFT 的定义：

#define _IOC_NRSHIFT 0

_IOC_NRBITS 的定义：

#define _IOC_NRBITS 8

_IOC_TYPEBITS 的定义：

#define _IOC_TYPEBITS 8

由上面的定义，往上推得到：

_IOC_TYPESHIFT = 8
        _IOC_SIZESHIFT = 16
        _IOC_DIRSHIFT = 24

所以，(dir) << _IOC_DIRSHIFT) 表是 dir 往左移 24 位，即移到 bit24~bit31，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。

同样的：

#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)))

参数详细定义：

#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_TYPECHECK(t) (sizeof(t))

之后就可以得出，IO的读、写、读写都是依赖_IOC函数的左移操作完成的特定数值宏.