Linux字符设备驱动之异步通知

Linux字符设备驱动之异步通知

poll机制可实现有数据的时候就去读，没有数据的时候，如果超过规定一个时间，就表示超时时间。poll机制需要应用程序主动去读，而异步通知并不需要，一旦设备就绪，则主动通知应用程序，应用程序不需要主动查询设备状态，类似于中断的概念，一个进程收到一个信号与处理器收到一个中断请求可以说是一样的。信号是异步的，一个进程不必通过任何操作来 等待信号的到达。

在linux中，异步通知是使用信号来实现的，而在linux，大概有30种信号，比如大家熟悉的ctrl+c的SIGINT信号，进程能够忽略或者捕获除过SIGSTOP和SIGKILL的全部信号，当信号背捕获以后，有相应的函数来处理它。

实现异步通知的四个要素：

一、应用程序要实现：注册信号处理函数，使用signal函数；

二、谁来发？驱动来发；

三、发给谁？发给应用程序，但应用程序必须告诉驱动PID；

四、怎么发？驱动程序使用kill_fasync函数；

问：应该在驱动的哪里调用kill_fasync函数？

答：kill_fasync函数的作用是，当有数据时去通知应用程序，理所当然的应该在用户终端处理函数里调用。

问：file_operations需要添加什么函数指针成员吗？

答：要的，需要添加fasync函数指针，要实现这个函数指针，幸运的是，这个函数仅仅调用了fasync_helper函数，而且这个函数是内核帮我们实现好了，驱动工程师不用修改，fasync_helper函数的作用是初始化/释放fasync_struct

详细请参考驱动源码

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/device.h> //class_create
#include <mach/regs-gpio.h>   //S3C2410_GPF1
//#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <mach/hardware.h>
//#include <asm/hardware.h>
#include <linux/interrupt.h>  //wait_event_interruptible
#include <linux/poll.h>   //poll
#include <linux/fcntl.h>

/* 定义并初始化等待队列头 */
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);

static struct class *fifthdrv_class;
static struct device *fifthdrv_device;

static struct pin_desc {
    unsigned int pin;
    unsigned int key_val;
};

static struct pin_desc pins_desc[4] = {
    {S3C2410_GPF1, 0x01},
    {S3C2410_GPF4, 0x02},
    {S3C2410_GPF2, 0x03},
    {S3C2410_GPF0, 0x04},
};

static int ev_press = 0;

/* 键值: 按下时, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04 */
/* 键值: 松开时, 0x81, 0x82, 0x83, 0x84 */
static unsigned char key_val;
int major;

static struct fasync_struct *button_fasync;

/* 用户中断处理函数 */
static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)
{
    struct pin_desc *pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;
    unsigned int pinval;
    pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);

    if(pinval)
    {
        /* 松开 */
        key_val = 0x80 | (pindesc->key_val);
    }
    else
    {
        /* 按下 */
        key_val = pindesc->key_val;
    }

    ev_press = 1;/* 表示中断已经发生 */
    wake_up_interruptible(&button_waitq);   /* 唤醒休眠的进程 */

    /* 用kill_fasync函数告诉应用程序，有数据可读了
     * button_fasync结构体里包含了发给谁(PID指定)
     * SIGIO表示要发送的信号类型 
     * POLL_IN表示发送的原因(有数据可读了) 
     */
    kill_fasync(&button_fasync, SIGIO, POLL_IN);
    return IRQ_HANDLED;
}

static int fifth_drv_open(struct inode * inode, struct file * filp)
{
    /*  K1 ---- EINT1,K2 ---- EINT4,K3 ---- EINT2,K4 ---- EINT0
     *  配置GPF1、GPF4、GPF2、GPF0为相应的外部中断引脚
     *  IRQT_BOTHEDGE应该改为IRQ_TYPE_EDGE_BOTH
     */
    request_irq(IRQ_EINT1, buttons_irq, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, "K1",&pins_desc[0]);
    request_irq(IRQ_EINT4, buttons_irq, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, "K2",&pins_desc[1]);
    request_irq(IRQ_EINT2, buttons_irq, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, "K3",&pins_desc[2]);
    request_irq(IRQ_EINT0, buttons_irq, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, "K4",&pins_desc[3]);
    return 0;
}

static ssize_t fifth_drv_read(struct file *file, char __user *user, size_t size,loff_t *ppos)
{
    if (size != 1)
    return -EINVAL;

    /* 当没有按键按下时，休眠。
     * 即ev_press = 0;
     * 当有按键按下时，发生中断，在中断处理函数会唤醒
     * 即ev_press = 1;
     * 唤醒后，接着继续将数据通过copy_to_user函数传递给应用程序
     */
    wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);
    copy_to_user(user, &key_val, 1);

    /* 将ev_press清零 */
    ev_press = 0;
    return 1;
}

static int fifth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
    free_irq(IRQ_EINT1,&pins_desc[0]);
    free_irq(IRQ_EINT4,&pins_desc[1]);
    free_irq(IRQ_EINT2,&pins_desc[2]);
    free_irq(IRQ_EINT0,&pins_desc[3]);
    return 0;
}

static unsigned int fifth_drv_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{
    unsigned int mask = 0;

    /* 该函数，只是将进程挂在button_waitq队列上，而不是立即休眠 */
    poll_wait(file, &button_waitq, wait);

    /* 当没有按键按下时，即不会进入按键中断处理函数，此时ev_press = 0
     * 当按键按下时，就会进入按键中断处理函数，此时ev_press被设置为1
     */
    if(ev_press)
    {
        mask |= POLLIN | POLLRDNORM;  /* 表示有数据可读 */
    }

    /* 如果有按键按下时，mask |= POLLIN | POLLRDNORM,否则mask = 0 */
    return mask;
}

/* 当应用程序调用了fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);
 * 则最终会调用驱动的fasync函数，在这里则是fifth_drv_fasync
 * fifth_drv_fasync最终又会调用到驱动的fasync_helper函数
 * fasync_helper函数的作用是初始化/释放fasync_struct
 */
static int fifth_drv_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
{
    return fasync_helper(fd, filp, on, &button_fasync);
}

/* File operations struct for character device */
static const struct file_operations fifth_drv_fops = {
    .owner   = THIS_MODULE,
    .open    = fifth_drv_open,
    .read    = fifth_drv_read,
    .release = fifth_drv_close,
    .poll    = fifth_drv_poll,
    .fasync  = fifth_drv_fasync,
};


/* 驱动入口函数 */
static int fifth_drv_init(void)
{
    /* 主设备号设置为0表示由系统自动分配主设备号 */
    major = register_chrdev(0, "fifth_drv", &fifth_drv_fops);

    /* 创建fifthdrv类 */
    fifthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "fifthdrv");

    /* 在fifthdrv类下创建buttons设备，供应用程序打开设备*/
    fifthdrv_device = device_create(fifthdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons");

    return 0;
}

/* 驱动出口函数 */
static void fifth_drv_exit(void)
{
    unregister_chrdev(major, "fifth_drv");
    device_unregister(fifthdrv_device);  //卸载类下的设备
    class_destroy(fifthdrv_class);  //卸载类
}

module_init(fifth_drv_init);  //用于修饰入口函数
module_exit(fifth_drv_exit);  //用于修饰出口函数

MODULE_AUTHOR("LWJ");
MODULE_DESCRIPTION("Just for Demon");
MODULE_LICENSE("GPL");  //遵循GPL协议

应用测试程序源码

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>   //sleep
#include <poll.h>
#include <signal.h>
#include <fcntl.h>

int fd;

void mysignal_fun(int signum)
{
    unsigned char key_val;
    read(fd, &key_val, 1);
    printf("key_val = 0x%xn", key_val);
}

int main(int argc ,char *argv[])
{
    int flag;
    signal(SIGIO, mysignal_fun);

    fd = open("/dev/buttons", O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        printf("open errorn");
    }

    /* F_SETOWN:  Set the process ID
     * 告诉内核，发给谁
     */
    fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());

    /*  F_GETFL :Read the file status flags
     *  读出当前文件的状态 
     */
    flag = fcntl(fd, F_GETFL);

    /* F_SETFL: Set the file status flags to the value specified by arg
     * int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
     * 修改当前文件的状态，添加异步通知功能
     */  
    fcntl(fd, F_SETFL, flag | FASYNC);

    while(1)
    {
        /* 为了测试，主函数里，什么也不做 */
        sleep(1000);
    }
    return 0;
}

当无按键按下时，应用测试程序一直在sleep，当有按键按下时，signal会被调用，最终会调用mysignal_fun，在此函数里read(fd, &key_val, 1);会去读出按键值，这样一来，应用程序就相当于不用主动去读数据了，每当驱动里有数据时，就会告诉应用程序有数据了，此时read函数才会被调用。

总结

为了使设备支持异步通知机制，驱动程序中涉及以下3项工作：

1. 支持F_SETOWN命令，能在这个控制命令处理中设置filp->f_owner为对应进程ID。
   不过此项工作已由内核完成，设备驱动无须处理。

2. 支持F_SETFL命令的处理，每当FASYNC标志改变时，驱动程序中的fasync()函数将得以执行。驱动中应该实现fasync()函数。

3. 在设备资源可获得时，调用kill_fasync()函数激发相应的信号

应用程序：

fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());  // 告诉内核，发给谁
Oflags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);  // 改变fasync标记，最终会调用到驱动的faync > fasync_helper：初始化/释放fasync_struct

最后

以上就是鲤鱼保温杯为你收集整理的Linux字符设备驱动之异步通知的全部内容，希望文章能够帮你解决Linux字符设备驱动之异步通知所遇到的程序开发问题。

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