linux內核驅動中_IO, _IOR, _IOW, _IOWR 宏的用法與解析
在驅動程序里， ioctl() 函數上傳送的變量 cmd 是應用程序用于區別設備驅動程序請求處理內容的值。cmd除了可區別數字外，還包含有助于處理的幾種相應信息。 cmd的大小為 32位，共分 4 個域：
bit31~bit30 2位為 “區別讀寫” 區，作用是區分是讀取命令還是寫入命令。
bit29~bit15 14位為 "數據大小" 區，表示 ioctl() 中的 arg 變量傳送的內存大小。
bit20~bit08 8位為 “魔數"(也稱為"幻數")區，這個值用以與其它設備驅動程序的 ioctl 命令進行區別。
bit07~bit00 8位為 "區別序號" 區，是區分命令的命令順序序號。
像 命令碼中的 “區分讀寫區” 里的值可能是 _IOC_NONE （0值）表示無數據傳輸，_IOC_READ (讀)， _IOC_WRITE (寫) ， _IOC_READ|_IOC_WRITE (雙向)。
內核定義了 _IO() , _IOR() , IOW() 和 _IOWR() 這 4 個宏來輔助生成上面的 cmd 。下面分析 _IO() 的實現，其它的類似：
在 asm-generic/ioctl.h 里可以看到 _IO() 的定義：
#define _IO(type,nr) _IOC(_IOC_NONE,(type),(nr),0)
再看 _IOC() 的定義：
#define _IOC(dir,type,nr,size) \
(((dir) << _IOC_DIRSHIFT) | \
((type) << _IOC_TYPESHIFT) | \
((nr) << _IOC_NRSHIFT) | \
((size) << _IOC_SIZESHIFT))
可見，_IO() 的最后結果由 _IOC() 中的 4 個參數移位組合而成。
再看 _IOC_DIRSHIT 的定義：
#define _IOC_DIRSHIFT (_IOC_SIZESHIFT+_IOC_SIZEBITS)
_IOC_SIZESHIFT 的定義：
#define _IOC_SIZESHIFT (_IOC_TYPESHIFT+_IOC_TYPEBITS)
_IOC_TYPESHIF 的定義：
#define _IOC_TYPESHIFT (_IOC_NRSHIFT+_IOC_NRBITS)
_IOC_NRSHIFT 的定義：
#define _IOC_NRSHIFT 0
_IOC_NRBITS 的定義：
#define _IOC_NRBITS 8
_IOC_TYPEBITS 的定義：
#define _IOC_TYPEBITS 8
由上面的定義，往上推得到：
引 用
_IOC_TYPESHIFT = 8
_IOC_SIZESHIFT = 16
_IOC_DIRSHIFT = 30
所以，(dir) << _IOC_DIRSHIFT) 表是 dir 往左移 30 位，即移到 bit31~bit30 兩位上，得到方向(讀寫)的屬性；
(size) << _IOC_SIZESHIFT) 位左移 16 位得到“數據大小”區；
(type) << _IOC_TYPESHIFT) 左 移 8位得到"魔數區" ；
(nr) << _IOC_NRSHIFT) 左移 0 位( bit7~bit0) 。
這樣，就得到了 _IO() 的宏值。
這幾個宏的使用格式為：
- _IO (魔數， 基數);
- _IOR (魔數， 基數， 變量型)
- _IOW (魔數， 基數， 變量型)
- _IOWR (魔數， 基數，變量型 )
魔數 (magic number)
魔數范圍為 0~255 。通常，用英文字符 "A" ~ "Z" 或者 "a" ~ "z" 來表示。設備驅動程序從傳遞進來的命令獲取魔數，然后與自身處理的魔數想比較，如果相同則處理，不同則不處理。魔數是拒絕誤使用的初步輔助狀態。設備驅動 程序可以通過 _IOC_TYPE (cmd) 來獲取魔數。不同的設備驅動程序最好設置不同的魔數，但并不是要求絕對，也是可以使用其他設備驅動程序已用過的魔數。
基(序列號)數
基數用于區別各種命令。通常，從 0開始遞增，相同設備驅動程序上可以重復使用該值。例如，讀取和寫入命令中使用了相同的基數，設備驅動程序也能分辨出來，原因在于設備驅動程序區分命令時 使用 switch ，且直接使用命令變量 cmd值。創建命令的宏生成的值由多個域組合而成，所以即使是相同的基數，也會判斷為不同的命令。設備驅動程序想要從命令中獲取該基數，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。
變量型
變量型使用 arg 變量指定傳送的數據大小，但是不直接代入輸入，而是代入變量或者是變量的類型，原因是在使用宏創建命令，已經包含了 sizeof() 編譯命令。比如 _IOR() 宏的定義是：
引用
#define _IOR(type,nr,size) _IOC(_IOC_READ,(type),(nr),(_IOC_TYPECHECK(size)))
而 _IOC_TYPECHECK() 的定義正是：
引用
#define _IOC_TYPECHECK(t) (sizeof(t))
設備驅動程序想要從傳送的命令獲取相應的值，就要使用下列宏函數：
_IOC_SIZE(cmd)
_IO 宏
該宏函數沒有可傳送的變量，只是用于傳送命令。例如如下約定：
引用
#define TEST_DRV_RESET _IO ('Q', 0)
此時，省略由應用程序傳送的 arg 變量或者代入 0 。在應用程序中使用該宏時，比如：
ioctl (dev, TEST_DEV_RESET, 0) 或者 ioctl (dev, TEST_DRV_RESET) 。
這是因為變量的有效因素是可變因素。只作為命令使用時，沒有必要判 斷出設備上數據的輸出或輸入。因此，設備驅動程序沒有必要執行設備文件大開選項的相關處理。
_IOR 宏
該函數用 于創建從設備讀取數據的命令，例如可如下約定：
引用
#define TEST_DEV_READ _IRQ('Q', 1, int)
這說明應用程序從設備讀取數據的大小為 int 。下面宏用于判斷傳送到設備驅動程序的 cmd 命令的讀寫狀態：
_IOC_DIR (cmd)
運行該宏時，返回值的類型 如下：
- _IOC_NONE : 無屬性
- _IOC_READ : 可讀屬性
- _IOC_WRITE : 可寫屬性
- _IOC_READ | _IOC_WRITE : 可讀，可寫屬性
使用該命令時，應用程序的 ioctl() 的 arg 變量值指定設備驅動程序上讀取數據時的緩存(結構體)地址。
_IOW 宏
用于創建設 備上寫入數據的命令，其余內容與 _IOR 相同。通常，使用該命令時，ioctl() 的 arg 變量值指定設備驅動程序上寫入數據時的緩存(結構體)地址。
_IOWR 宏
用于創建設備上讀寫數據的命令。其余內 容與 _IOR 相同。通常，使用該命令時，ioctl() 的 arg 變量值指定設備驅動程序上寫入或讀取數據時的緩存 (結構體) 地址。
_IOR() , _IOW(), IORW() 的定義：
#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)))