linux字符驱动之异步通知按键驱动

uqHZau · 发表于 2020-6-9 14:57

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在上一节里，我们在中断的基础上添加poll机制来实现有数据的时候就去读，没数据的时候，自己规定一个时间，如果还没有数据，就表示超时时间。在此以前，我们都是让应用程序主动去读，那有没有一种情况，当驱动程序有数据时，主动去告诉应用程序，告诉它，有数据了，你赶紧来读吧。答案当然是有的，这种情况在linux里的专业术语就叫异步通知。

上一节文章：

linux字符驱动之poll机制按键驱动

在这一节里，我们将在上一节的基础上修改驱动，将其修改为有异步通知功能的按键驱动，目标：按下按键时，驱动主动去通知应用程序。

问：如何实现异步通知，有哪些要素？

答：有四个要素：

一、应用程序要实现有：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%x\n",key_val);
}

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

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

/* 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;
}

测试步骤：

[WJ2440]# ls
Qt          fifth_drv.ko lib          sddisk       udisk
TQLedtest    fifth_test    linuxrc       second_drv.ko  usr
app_test    first_drv.ko mnt          second_test var
bin          first_test    opt          sys          web
dev          fourth_drv.ko  proc          third_drv.ko
driver_test fourth_test root          third_test
etc          home          sbin          tmp
[WJ2440]# insmod fifth_drv.ko
[WJ2440]# lsmod
fifth_drv 3360 0 - Live 0xbf006000
[WJ2440]# ls /dev/buttons -l
crw-rw---- 1 root    root    252, 0 Jan  2 04:27 /dev/buttons
[WJ2440]# ./fifth_test
key_val = 0x1
key_val = 0x81
key_val = 0x4
key_val = 0x84
key_val = 0x2
key_val = 0x82
key_val = 0x3
key_val = 0x83
key_val = 0x4
key_val = 0x84
key_val = 0x84

由测试可知，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，你该去读数据了，此时read函数才会被调用。

这里最后总结一下老师的笔记：

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

NNNei256 · 发表于 2020-6-9 16:08

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