linux字符驱动之异步通知按键驱动

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。


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

驱动程序代码

#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

应用程序测试代码

#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;}

测试结果：

[WJ2440]# ls Qt             fifth_drv.ko   lib            sddisk         udiskTQLedtest      fifth_test     linuxrc        second_drv.ko  usrapp_test       first_drv.ko   mnt            second_test    varbin            first_test     opt            sys            webdev            fourth_drv.ko  proc           third_drv.kodriver_test    fourth_test    root           third_testetc            home           sbin           tmp[WJ2440]# insmod fifth_drv.ko [WJ2440]# lsmodfifth_drv 3360 0 - Live 0xbf006000[WJ2440]# ls /dev/buttons -lcrw-rw----    1 root     root      252,   0 Jan  2 04:27 /dev/buttons[WJ2440]# ./fifth_test key_val = 0x1key_val = 0x81key_val = 0x4key_val = 0x84key_val = 0x2key_val = 0x82key_val = 0x3key_val = 0x83key_val = 0x4key_val = 0x84key_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。




这里最后总结一下韦老师的笔记：


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