字符设备驱动--异步通知、同步互斥阻塞
来源:互联网 发布:飞机票哪个软件便宜 编辑:程序博客网 时间:2024/05/15 23:59
异步通知
前面的字符设备驱动中,介绍了读取按键驱动程序的方法,存在一些不足之处:
①直接查询:耗资源
②中断 :read()函数一直等待,无返回
③poll: 指定超时时间
这三者都是应用程序主动去读,如果要驱动提醒应用程序去读,则要用到异步通知,发送信号量。
进程间发信号的方法:killl -9 pid (发 9 接)
信号处理函数的格式 Linux内核: man signal
SYNOPSIS #include <signal.h> typedef void (*sighandler_t)(int); sighandler_t signal(int signum, sighandler_t handler);
编写应用程序signal.c
#include <stdio.h>#include <signal.h>void my_signal_fun(int signum)//信号的处理函数{ static int cnt=0; printf("signal=%d,%d times\n",signum,++cnt);}int main (int argc , char **argv){ signal (SIGUSR1,my_signal_fun);//系统调用,给信号SIGUSR1挂接处理函数 while(1) { sleep(1000); } return 0;}
signal处于睡眠状态。
发信号 kill -USR1 772 退出 kill -9 772
信号量的发送步骤:注册信号处理函数,谁发,发给谁,怎么发。
编写驱动程序目的:按下按键,驱动提醒应用程序去读。
应用程序:注册信号处理函数,谁发 :驱动,发给谁 : APP –APP要告知驱动pid,怎么发 : kill fasync。
结合fasync文档:
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:
一. 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。
(应用程序调用F_SETOWN,F_SETOWN在驱动程序里面设置进程ID.)
二. 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。
三. 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); //读回原F_GETFLfcntl(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
驱动程序fifth_drv.c
#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 fifth_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", &fifth_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");
测试程序fifthdrvtest.c
#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);//SIGIO,IO口有数据可供读写 fd = open("/dev/buttons", O_RDWR); if (fd < 0) { printf("can't open!\n"); } fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());//应用程序告诉驱动,信号量发给谁 Oflags = fcntl(fd, F_GETFL); fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);//改变Oflags,设置为异步通信的Oflags while (1) { sleep(1000); } return 0;}
分析驱动程序和应用程序
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());//应用程序调用F_SETOWN函数,告诉驱动程序进程号
Oflags = fcntl(fd, F_GETFL); //应用程序读出flage
fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);//添加FASYNC
应用程序程序执行到此处,驱动程序的
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);
}
将被调用,fasync_helper去初始化button_async结构体。此后,驱动程序的中断函数
static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)
{
…
kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN);//信号发送
}
可以使用button_async。
应用程序的信号的处理函数如下:
void my_signal_fun(int signum)
{
unsigned char key_val;
read(fd, &key_val, 1);
printf(“key_val: 0x%x\n”, key_val);
}
当驱动程序的中断服务程序中,如果按键按下,通过kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN);
发送信号给应用程序,应用程序调用信号的处理函数。
测试结果:
同步互斥阻塞
目的:同一时刻,只能有一个app打开/dev/buttons
在程序中这样写:
static int canopen =1 ... static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file) { if(--canopen !=0) { canopen++; return -EBUSY; } }
分析:
执行A程序open,–canopen后canopen=0,跳出接着执行
B程序open,–canopen后canopen=-1,canopen++后canopen=0, return -EBUSY.
–canopen包括读出修改和写回,linux多任务,此时如果在A程序中执行读出,任务被切换到B程序执行。
canopen现在的值为1,–canopen后canopen=0,跳出,程序接着执行,打开成功。切回A程序继续执行,修改和写回,
–canopen后canopen=-1,跳出,程序接着执行,打开成功。
漏洞:A、B都打开了设备!
解决:使“修改”这个过程变为一个不可打断的过程!
法1: 原子操作
原子操作指的是在执行过程中不会被别的代码路径所中断的操作。
常用原子操作函数举例:
atomic_t v = ATOMIC_INIT(0); //定义原子变量v并初始化为0atomic_read(atomic_t *v); //返回原子变量的值void atomic_inc(atomic_t *v); //原子变量增加1void atomic_dec(atomic_t *v); //原子变量减少1int atomic_dec_and_test(atomic_t *v); //自减操作后测试其是否为0,为0则返回true,否则返回false。
程序框架:
static atomic_t canopen = ATOMIC_INIT(1); //定义原子变量并初始化为1 ... static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file) { if (!atomic_dec_and_test(&canopen)) //自减操作后测试 { atomic_inc(&canopen); return -EBUSY; } } int sixth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file){ atomic_inc(&canopen);//释放 ...}
canopen值为1,自减为0返回true,!atomic_dec_and_test(&canopen)为0,跳出,程序接着执行打开驱动,
canopen如果被调用过,值会变为0。自减为-1返回false,!atomic_dec_and_test(&canopen)为1,atomic_inc(&canopen);
return -EBUSY;这样程序打开驱动只进行了一次。读出修改写回都在原子操作中,所以这里不能打开。
测试结果:
法2.信号量
信号量(semaphore)是用于保护临界区的一种常用方法,只有得到信号量的进程才能执行临界区代码。
当获取不到信号量时,进程进入休眠等待状态。
定义信号量
struct semaphore sem;
初始化信号量
void sema_init (struct semaphore *sem, int val);void init_MUTEX(struct semaphore *sem);//初始化为0static DECLARE_MUTEX(button_lock); //定义互斥锁
获得信号量
void down(struct semaphore * sem);int down_interruptible(struct semaphore * sem); int down_trylock(struct semaphore * sem);
释放信号量
void up(struct semaphore * sem);
程序框架:
static DECLARE_MUTEX(button_lock); //定义互斥锁...static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file){ if (file->f_flags & O_NONBLOCK) { if (down_trylock(&button_lock)) return -EBUSY; } else { /* 获取信号量 */ down(&button_lock); } ...}...int sixth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file){ ... up(&button_lock);//释放 ...}
测试结果:
第二个测试程序无法打开,休眠状态
关第一个测试程序(释放第一个信号量),唤醒第二个测试程序(信号量)
法3: 阻塞
阻塞操作是指在执行设备操作时若不能获得资源则挂起进程,直到满足可操作的条件后再进行操作。
被挂起的进程进入休眠状态,被从调度器的运行队列移走,直到等待的条件被满足。
非阻塞操作
进程在不能进行设备操作时并不挂起,它或者放弃,或者不停地查询,直至可以进行操作为止。
fd = open("...", O_RDWR | O_NONBLOCK); //默认为阻塞,传入O_NONBLOCK则为非阻塞
程序框架:
static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file){ if (file->f_flags & O_NONBLOCK)//如果是非阻塞 { if (down_trylock(&button_lock))//如果无法获取信号量 return -EBUSY; } else { /* 获取信号量 */ down(&button_lock); } ...}ssize_t sixth_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos){ if (size != 1) return -EINVAL; if (file->f_flags & O_NONBLOCK) { if (!ev_press)//没有按键发生 return -EAGAIN; } else { /* 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;}
测试结果,阻塞方式:
睡眠状态
按键按下,中断服务出现唤醒read函数,读取键值,返回1.
非阻塞方式:
立即返回-1,按键按下立即返回键值
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