Linux字符设备驱动之异步通知

电子工程师 2019-04-26 1078

嵌入式技术

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描述

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 #include #include #include #include #include #include #include #include #include //class_create#include //S3C2410_GPF1//#include #include //#include #include //wait_event_interruptible#include //poll#include /* 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

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应用测试程序源码

#include #include #include #include #include //sleep#include #include #include int fd;void mysignal_fun(int signum){ unsigned char key_val; read(fd, &key_val, 1); printf("key_val = 0x%x ", 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 error "); } /* 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：

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。

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。

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_s

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