字符设备之poll机制

Posted 2020-09-16 mfmdaoyou

poll机制作用：相当于一个定时器。时间到了还没有资源就唤醒进程。

主要用途就是：进程设置一段时间用来等待资源，假设时间到了资源还没有到来，进程就立马从睡眠状态唤醒不再等待。当然这仅仅是使用于这段时间以后资源对于该进程已经没用的情况。

内核中poll机制的实现过程：
sys_poll函数在include/linux/syscalls.h中声明

//函数定义前加宏asmlinkage ,表示这些函数通过堆栈而不是通过寄存器传递參数。 
asmlinkage long sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds,long timeout);

在系统调用表arch\arm\kernel\calls.S中调用

CALL(sys_poll) //系统调用跳转表的一项

关于系统调用表的初始化在arch/arm/kernel/entry-common.S中

.equ NR_syscalls,0  //将NR_syscalls初始化为0
#define CALL(x) .equ NR_syscalls,NR_syscalls+1  //将CALL(x) 定义为： NR_syscalls = NR_syscalls  + 1
#include "calls.S"//将calls.S的内容包进来，CALL(x)上面已经有了定义，这里就相当于运行了多次NR_syscalls++，最后就统计了系统调用的个数。并对NR_syscalls进行了4的倍数对齐。这一招，特么好厉害！

#undef CALL //撤销CALL宏定义
#define CALL(x) .long x  //对CALL又一次进行宏定义。也是4字节对齐
arch/arm/kernel/entry-common.S中：
sys_syscall:
		bic	scno, r0, #__NR_OABI_SYSCALL_BASE
		cmp	scno, #__NR_syscall - __NR_SYSCALL_BASE
		cmpne	scno, #NR_syscalls	@ check range
		stmloia	sp, {r5, r6}		@ shuffle args
		movlo	r0, r1
		movlo	r1, r2
		movlo	r2, r3
		movlo	r3, r4
		ldrlo	pc, [tbl, scno, lsl #2]
		b	sys_ni_syscall

终于sys_poll()函数，就相当于以下的函数：在fs/select.c文件里，SYSCALL_DEFINE3是有3个參数的系统调用的宏定义

SYSCALL_DEFINE3(poll, struct pollfd __user *, ufds, unsigned int, nfds,long, timeout_msecs)
{
	......
	
	ret = do_sys_poll(ufds, nfds, to);//调用
	
	......
}

好，看看应用层调用poll函数时的底层驱动运行线路

【app：】
poll();
【kernel: 】
sys_poll
	do_sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds,struct timespec *end_time)
		poll_initwait(&table);
			init_poll_funcptr(&table->pt, __pollwait);-->pt->qproc = __pollwait; //初始化qproc函数指针，让他指向__pollwait函数
		do_poll(nfds, head, &table, end_time);
			for(;;)
			{
				for (; pfd != pfd_end; pfd++) //查询多个驱动程序
				{
					if (do_pollfd(pfd, pt))  -> mask = file->f_op->poll(file, pwait);return mask;
					{ //do_pollfd函数相当于调用驱动里面的xxx_poll函数，以下另外再进行分析，返回值mask非零。count++,记录等待事件发生的进程数
						count++;
						pt = NULL;
					}
				}
				
				if (count || timed_out) //若count不为0(有等待的事件发生了)或者timed_out不为0（有信号发生或超时），则推出休眠
					break;
				
				//上述条件不满足以下開始进入休眠，若有等待的事件发生了，超时或收到信号则唤醒
				poll_schedule_timeout(wait, TASK_INTERRUPTIBLE, to, slack)
			}

驱动里边的xxx_poll()函数分析

xxx_poll(struct file *file, poll_table *wait)
	poll_wait(file, &xxxx_waitq, wait);
//////////////////////////////////////////////////////////////////
static inline void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p)
{
	if (p && wait_address)
		p->qproc(filp, wait_address, p); //调用之前poll_initwait()函数设置的函数qproc即__pollwait，__pollwait函数仅仅是把当前进程挂到等待队列，仅仅是add_wait_queue(wait_address, &entry->wait);不进入休眠
}

測试驱动程序：poll_dev.c

#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>		//S3C2440_GPF1 
#include <mach/hardware.h>
#include <linux/interrupt.h>	//wait_event_interruptible
#include <linux/fs.h>
#include <linux/poll.h>			//poll

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

static struct class *buttondev_class;
static struct device *buttons_device;

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

static struct pin_desc pins_desc[4] = {
		{S3C2410_GPF1,0x01}, //S3C2410_GPF1是对GPF1引脚这样的“设备”的编号dev_id
		{S3C2410_GPF4,0x02},
		{S3C2410_GPF2,0x03},
		{S3C2410_GPF0,0x04},
}; 
static int ev_press = 0;

static unsigned char key_val;
int major;

/* 中断处理函数 */
static irqreturn_t handle_irq(int irq, void *dev_id)
{
	struct pin_desc *irq_pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;//
	unsigned int pinval;
	
	pinval = s3c2410_gpio_getpin(irq_pindesc->pin);//获取按键值:有按键按下返回按键值0
	/* 键值: 按下时, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04 */
	/* 键值: 松开时, 0x81, 0x82, 0x83, 0x84 */
	if(pinval)
	{
		/* 松开 */
		key_val = 0x80 | (irq_pindesc->key_val);
	}
	else
	{
		/* 按下 */
		key_val = irq_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 */
	return IRQ_HANDLED;
}

static int buttons_dev_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, handle_irq, IRQ_TYPE_EDGE_FALLING, "K1",&pins_desc[0]);
	request_irq(IRQ_EINT4, handle_irq, IRQ_TYPE_EDGE_FALLING, "K2",&pins_desc[1]);
	request_irq(IRQ_EINT2, handle_irq, IRQ_TYPE_EDGE_FALLING, "K3",&pins_desc[2]);
	request_irq(IRQ_EINT0, handle_irq, IRQ_TYPE_EDGE_FALLING, "K4",&pins_desc[3]);
	return 0;
}

static int buttons_dev_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 ssize_t buttons_dev_read(struct file *file, char __user *user, size_t size,loff_t *ppos)
{
	if (size != 1)
			return -EINVAL;
	//wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);//使用poll机制。这里就不须要再推断要不要进入睡眠了。

	copy_to_user(user, &key_val, 1);
	
	/* 将ev_press清零 */
	ev_press = 0;
	return 1;	
}

//////////////////////////关键点///////////////////////////////////////
static unsigned int buttons_dev_poll(struct file *file, poll_table *wait) //该函数一旦被调用就触发poll机制
{
	unsigned int mask = 0;

	/* 该函数，仅仅是将进程挂在button_waitq队列上。而不是马上休眠 */
	poll_wait(file, &button_waitq, wait); 
	/***
	 * 如果进程还poll在上面这一函数里边。尚未超时，如果此时有中断到来，中断处理程序将ev_press置位,然后唤醒休眠队列上相应的进程
	 ***/
	/* 进程唤醒之后，立刻往下运行。唤醒的可能原因：超时/中断处理 */
	if(ev_press)
	{
		mask |= POLLIN | POLLRDNORM;  /* 有数据可读 */
	}

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

/* File operations struct for character device */
static const struct file_operations buttons_dev_fops = {
	.owner		= THIS_MODULE,
	.open		= buttons_dev_open,
	.read		= buttons_dev_read,
	.release    = buttons_dev_close,
	.poll       = buttons_dev_poll,
};

/* 驱动入口函数 */
static int buttons_dev_init(void)
{
	/* 主设备号设置为0表示由系统自己主动分配主设备号 */
	major = register_chrdev(0, "buttons_dev", &buttons_dev_fops);

	/* 创建buttondev类 */
	buttondev_class = class_create(THIS_MODULE, "buttondev");

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

	return 0;
}

/* 驱动出口函数 */
static void buttons_dev_exit(void)
{
	unregister_chrdev(major, "buttons_dev");
	device_unregister(buttons_device);  //卸载类下的设备
	class_destroy(buttondev_class);		//卸载类
}

/* 模块载入和卸载函数的修饰 */
module_init(buttons_dev_init);  
module_exit(buttons_dev_exit); 

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

測试应用程序：app_poll.c

/* 文件的编译指令是arm-linux-gcc -static -o app_poll app_poll.c */
#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>

/* fourth_test
 */ 
int main(int argc ,char *argv[])

{
	int fd;
	unsigned char key_val;
	struct pollfd fds;
	int ret;

	fd = open("/dev/buttons",O_RDWR);
	if (fd < 0)
	{
		printf("open error\n");
	}
	fds.fd = fd;//查询的文件
	fds.events = POLLIN; //期待收到poll_in值。表示有数据
	while(1)
	{
		/* A value of 0 indicates  that the call timed out and no file descriptors were ready
		 * poll函数返回0时。表示5s时间到了，而这段时间里。没有事件发生"数据可读"
		 */
		ret = poll(&fds,1,5000);
		if(ret == 0)
		{
			printf("time out\n");
		}

		else	/* 假设没有超时，则读出按键值 */
		{
			read(fd,&key_val,1);
			printf("key_val = 0x%x\n",key_val);
		} 	
	}
	return 0;
}

測试结果：

小结：poll流程图