12.4重写按键驱动-异步通知

一.什么是异步通知

按键驱动中，我们之前写了查询方式，中断方式，poll机制，这几个都是应用程序主动去读取按键值，有没有一种驱动程序自己通知应用程序呢。就好比妈妈看护小孩，前三种是一直在他身边，等他醒了（有中断），妈妈再哄他（读取按键值）。而异步通知就是妈妈不用一直看着他，妈妈可以去做别的事，等他哭了（信号通知），妈妈再跑过去哄他。

 

异步通知 ：一旦设备就绪，则主动通知应用程序，应用程序 根本就不需要查询设备状态，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。 提高查询设备的效率。

参考：linux异步通知机制 与 fcntl 函数使用详解

进程间发信号用：kill -信息 PID（进程号）

　　　　　　　　PID（进程号）可在终端用ps查询

这里有几个要点：

1. 注册信号处理函数（过去哄他）

2. 谁发信号（小孩）

3. 发给谁（妈妈）

4. 怎么发（哭，声音传播）

二.信号

信号是linux系统为了响应某些状况而产生的事件。进程收到信号后应该采取相应的动作

linux的信号是使用signal，参考

Linux 信号总结以及常见信号使用，

Linux信号（signal) 机制分析

 

例子：

#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void my_signal(int signum)
{
    static int cnt =0;
    printf("signal = %d ,%d time\n",signum,++cnt);
}

int main()
{
    signal(SIGUSR1,my_signal);
    while(1)
    {
        sleep(1000);
    }
    return 0;
}

编译后，在开发板运行

三.驱动的异步通知思想

1. 应用程序：注册信号处理函数

2. 谁发：驱动

3. 发给谁：app：告诉驱动PID—>使用fcntl系统调用

4. 怎么发：使用kill_fasync

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. 首先制定一个进程作为文件的属主，通过使用fcntl系统调用执行F_SETOWN命令时，属主进程的ID号就会保存在filp->f_owner中，目的是为了让内核知道应该通知哪个进程。不过此项工作已由内核完成，设备驱动无须处理。

2. 在设备中设置FASYNC标志。通过fcntl调用的F_SETFL来完成，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，输入文件就可以在新数据到达时请求发送一个SIGIO信号，该信号被发送到存放在filp->f_owner中的进程

 

app应用程序（测试程序）：

fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());  // 得到PID，告诉内核，发给谁

Oflags = fcntl(fd, F_GETFL);   // 获得文件状态标记

fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);  // 设置，文件状态标记。改变fasync标记，最终会调用到驱动的faync > fasync_helper：初始化/释放fasync_struct

#include <fcntl.h>

int fcntl(int fd, int cmd);

int fcntl(int fd, int cmd, long arg);

int fcntl(int fd, int cmd, struct flock *lock);

如果操作成功，其返回值依赖于 cmd，如果出错返回值为–1。下面的 4 个命令有特殊的返回值：F_DUPFD，F_GETFD，F_GETFL，以及 F_GETOWN。第 1 个命令返回值为新的文件描述符，第 2 个命令返回值为获得的相应标识，第 3 个命令返回值为文件描述符的状态标志，第 4 个命令返回值如果为正数则是进程 ID 号，如果为负数则是进程组 ID 号。第 3 个参数总是一个整数，但是某些情况下使用记录锁时，第 3

个参数则是一个指向结构的指针

关于fcntl参考：

百度百科：https://baike.baidu.com/item/fcntl/6860021?fr=aladdin

 

四.驱动代码实现

上一节我们使用了poll机制编写按键驱动， 实现了非阻塞规定时间返回结果。然而仍然要轮询所有设备。而异步通知实现了一旦设备就绪，则主动通知应用程序，应用程序 根本就不需要查询设备状态。因此我们不用再写休眠唤醒的函数，把中断标志位换成发送信号kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN)。这个函数只是为了异步发送信号。还要设置fasync_struct。在fasync_helper (fd, filp, on, &button_async)初始化。

步骤：

1. 在file_operations设置.fasync

2. 定义结构fasync_struct，以及用fasync_helper初始化结构体

3. 用kill_fasync激发相应的信号

4. 应用程序执行signal信号函数进行读取按键值

#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 */
	
	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");

五.测试代码：

以前的中断、poll都要放在while中，现在异步通知执行一次即可

步骤：

为了使设备支持异步通知机制，应用程序中涉及以下3项工作：

1. 首先制定一个进程作为文件的属主，通过使用fcntl系统调用执行F_SETOWN命令时，属主进程的ID号就会保存在filp->f_owner中，目的是为了让内核知道应该通知哪个进程。不过此项工作已由内核完成，设备驱动无须处理。

2. 在设备中设置FASYNC标志。通过fcntl调用的F_SETFL来完成，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，输入文件就可以在新数据到达时请求发送一个SIGIO信号，该信号被发送到存放在filp->f_owner中的进程

 

app应用程序（测试程序）：

fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());  // 得到PID，告诉内核，发给谁

 

Oflags = fcntl(fd, F_GETFL);   // 获得文件状态标记

fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);  // 设置，文件状态标记。改变fasync标记，最终会调用到驱动的faync > fasync_helper：初始化/释放fasync_struct

#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;

    signal(SIGIO, my_signal_fun);
    
    fd = open("/dev/mybuttons", O_RDWR);
    if (fd < 0)
    {
        printf("can't open!\n");
    }

    fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
    
    Oflags = fcntl(fd, F_GETFL);
    
    fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);


    while (1)
    {
        sleep(1000);
    }
    
    return 0;
}

六.测试（linux2.6.22.6）