字符设备驱动程序之异步通知（韦大仙）

Posted 2020-09-24 一代枭雄

读取按键的方法：

（1）查询的方式：极度耗费资源

（2）中断的方式：如果没有按键按下，read函数会一直的等待

（3）poll机制的引入：可以指定超时时间

上述三种方式有一个共同点：应用程序主动的去查询。

问题：有没有一种方式当有按键按下时，驱动程序通知应用程序去读取。这就是本节所说的异步通知，该方式用信号的方式来实现的。

进程间发信号，例如：

kill  -9  PID

kill这个程序是发送者，进程号为PID的进程为接受者，9就是发送的信号。接下来引入signal函数：

signal 函数是干嘛的？

signal函数用于向系统注册某一信号的函数，说白了，就是告诉系统，当某个信号发生时，执行这个函数。其原型如下：

函数原型 ：
void (*signal(int signum,void(* handler)(int)))(int); 　　

或者：typedef void(*sig_t) ( int ); 　　sig_t signal(int signum,sig_t handler); 

看上去挺复杂的，其实就是涉及到了一个函数指针的问题。不管是什么指针，它充其量就是个地址。只不过函数指针，指向一个函数而已。

具体用法：看下面一个程序signal.c

#include <stdio.h>

#include <signal.h>

void my_signal(int signum)

{

　　static int count=0;

　　printf("signal =%d, %d times\n ",signum,count++);

}

int main(int argc,char **argv)

{

　　signal(SIGUSR1,my_signal);//  把函数名赋给函数指针即可。

　　while(1)

　　{

　　　　sleep(1000);

　　}

　　return 0;

}

arm-linux-gcc -o signal.o signal.c

将signal.o拷到根文件系统下，在后台执行

./signal.o &

然后用ps命令查看一下，进程号。假设是833，那么现在我们发信号：

kill  -USR1  833

信号的要点：

（1）注册一个信号处理函数；

（2）谁发；

（3）发给谁；

（4）怎么发；

只要清楚以上4点，就可以写出一个有信号的应用程序来。

对于驱动程序我们的目标是：

按下按钮键时，驱动程序通知应用程序。也需要具备4点要素：

（1）应用程序：要注册一个信号处理函数；

（2）谁发：驱动；

（3）发给谁：应用程序，同时应用程序要告诉驱动自己的PID；

（4）怎么发：驱动程序肯定要调用某个函数kill_fasync;

驱动程序：

 

#include <linux/module.h>
#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 <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/hardware.h>
#include <linux/poll.h>

 

static struct class *fifthdrv_class;
static struct class_device *fifthdrv_class_dev;

 

volatile unsigned long *gpfcon;
volatile unsigned long *gpfdat;

 

volatile unsigned long *gpgcon;
volatile unsigned long *gpgdat;

 

static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);

 

/* 中断事件标志, 中断服务程序将它置1，fifth_drv_read将它清0 */
static volatile int ev_press = 0;

 

static struct fasync_struct *button_async;

 

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

 

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

 

struct pin_desc pins_desc[4] = {
{S3C2410_GPF0, 0x01},
{S3C2410_GPF2, 0x02},
{S3C2410_GPG3, 0x03},
{S3C2410_GPG11, 0x04},
};

 

/*
* 确定按键值
*/
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; /* 表示中断发生了 */
　　wake_up_interruptible(&button_waitq); /* 唤醒休眠的进程 */

/*发给谁，这个谁肯定是在button_async这个结构中定义的。这个结构里面做了什么初始化，在什么地方做了初始化，在fifth_drv_fasync函数中，而fifth_drv_fasync又是什么时候被调用的呢？根据file_operations这个结构体中的.fasync = fifth_drv_fasync可知，当应用程序调用fasync这个系统调用时，就会调用fifth_drv_fasync这个函数。显然，应用程序调用fasync来设置发给谁，在应用程序肯定有所设置。*/

/*为了使设备支持异步通信机制，驱动程序中涉及以下3项工作

1、支持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，驱动程序无需处理。应用程序会调用fcntl(fd,F_SETOWN,pid)，把进程的pid告诉驱动程序。然后应用程序通过函数oflags=fcntl(fd,FGETFL)还会读出oflags；当应用程序调用fcntl(fd,FSETFL,oflags| FASYNC)时，就会调用系统的fasync这个函数。

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函数得以执行。驱动中要实现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

*/
　　kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN);　　　　　　　　　　　　　　　　　　

　　return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

 

static int fifth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
/* 配置GPF0,2为输入引脚 */
/* 配置GPG3,11为输入引脚 */
request_irq(IRQ_EINT0, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S2", &pins_desc[0]);
request_irq(IRQ_EINT2, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S3", &pins_desc[1]);
request_irq(IRQ_EINT11, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S4", &pins_desc[2]);
request_irq(IRQ_EINT19, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S5", &pins_desc[3]);

 

return 0;
}

 

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

 

　　/* 如果没有按键动作, 休眠 */
　　wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);

 

　　/* 如果有按键动作, 返回键值 */
　　copy_to_user(buf, &key_val, 1);
　　ev_press = 0;

　　return 1;
}

 

int fifth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
free_irq(IRQ_EINT0, &pins_desc[0]);
free_irq(IRQ_EINT2, &pins_desc[1]);
free_irq(IRQ_EINT11, &pins_desc[2]);
free_irq(IRQ_EINT19, &pins_desc[3]);
return 0;
}

 

static unsigned fifth_drv_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{
　　unsigned int mask = 0;
　　poll_wait(file, &button_waitq, wait); // 不会立即休眠

 

　　if (ev_press)
　　mask |= POLLIN | POLLRDNORM;

 

　　return mask;
}

 

static int fifth_drv_fasync (int fd, struct file *filp, int on)
{
　　printk("driver: fifth_drv_fasync\n");
　　return fasync_helper (fd, filp, on, &button_async);
}

 

static struct file_operations sencod_drv_fops = {
.owner = THIS_MODULE, /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
.open = fifth_drv_open,
.read = fifth_drv_read,
.release = fifth_drv_close,
.poll = fifth_drv_poll,
.fasync = fifth_drv_fasync,
};

 

int major;
static int fifth_drv_init(void)
{
major = register_chrdev(0, "fifth_drv", &sencod_drv_fops);

 

fifthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "fifth_drv");

 

fifthdrv_class_dev = class_device_create(fifthdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons"); /* /dev/buttons */

 

gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16);
gpfdat = gpfcon + 1;

 

gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16);
gpgdat = gpgcon + 1;

 

return 0;
}

 

static void fifth_drv_exit(void)
{
unregister_chrdev(major, "fifth_drv");
class_device_unregister(fifthdrv_class_dev);
class_destroy(fifthdrv_class);
iounmap(gpfcon);
iounmap(gpgcon);
return 0;
}

 

module_init(fifth_drv_init);

 

module_exit(fifth_drv_exit);

 

MODULE_LICENSE("GPL");

 

 应用程序：

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

/* fifthdrvtest
*/
int fd;

void my_signal_fun(int signum)
{
　　unsigned char key_val;
　　read(fd, &key_val, 1);
　　printf("key_val: 0x%x\n", key_val);
}

int main(int argc, char **argv)
{
　　unsigned char key_val;
　　int ret;
　　int Oflags;

//需要明确my_signal_fun在什么时候被调用？会在驱动程序的中断服务中，发现有按键按下时，利用kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN)给应用程序发送一个信号。信号会触发应用程序调用信号处理函数my_signal_fun

　　signal(SIGIO, my_signal_fun);//应用程序注册了信号处理函数

　　fd = open("/dev/buttons", O_RDWR);
　　if (fd < 0)
　　{
　　　　printf("can‘t open!\n");
　　}

　　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，最终会调用驱动中的fasync函数。

　　while (1)
　　{
　　sleep(1000);
　　}

　　return 0;
}