09 设备IO访问技术
笔记说明¶
这一节，将介绍休眠和唤醒、POLL机制、异步通知、阻塞和非阻塞。这一部分的内容在树莓派上实现的方式，和韦东山讲的在IMX6ULL上实现的方式就没什么不同了。我也只是把韦东山的我觉得重要的部分提取了出来，方便自己查询。
主要参考的文章
韦东山《01_嵌入式Linux应用开发完全手册V5.1_IMX6ULL_Pro开发板》
本节源码路径02_Firmware/09_key_drv_irq_sleep_wakeup、02_Firmware/10_key_drv_irq_poll、02_Firmware/11_key_drv_irq_fasync、02_Firmware/12_key_drv_irq_block
休眠和唤醒¶
休眠感觉就是一种阻塞IO的用法。
首先注册一个唤醒等待队列
在read函数中，调用read的时候就等待唤醒，当g_key为真的时候才会执行read相关任务
/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 */
static ssize_t gpio_key_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
int err;
wait_event_interruptible(gpio_key_wait, g_key);
err = copy_to_user(buf, &g_key, 4);
g_key = 0;
return 4;
}
在中断服务的处理中，触发中断，就执行唤醒API，这样，就实现了休眠和唤醒
static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{
key_gpio_t *gpio_key = dev_id;
mod_timer(&gpio_key->key_timer, jiffies + HZ/10);
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
static void key_timer_expire(struct timer_list *t)
{
/* data ==> gpio */
key_gpio_t *gpio_key = from_timer(gpio_key, t, key_timer);
int val;
val = gpiod_get_value(gpio_key->key_gpiod);
printk("key %d %d\n", gpio_key->key_num, val);
g_key = (gpio_key->key_num << 8) | val;
wake_up_interruptible(&gpio_key_wait);
}
实验测试文件如下
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
/*
* sudo ./key_drv_irq_app
*
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
int val;
/* 1. 判断参数 */
if (argc != 2)
{
printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);
return -1;
}
/* 2. 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
while (1)
{
/* 3. 读文件 */
read(fd, &val, 4);
printf("get button : 0x%x\n", val);
}
close(fd);
return 0;
}
POLL机制¶
他的原理就是隔一段时间去看一下有没有数据。超时就返回一个超时标志。
添加一个POLL函数就可以了。重要的是把当前线程放入队列。
static unsigned int gpio_key_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
poll_wait(fp, &gpio_key_wait, wait);
return g_key ? (POLLIN | POLLRDNORM) : 0;
}
/* 定义自己的file_operations结构体 */
static struct file_operations gpio_key_drv = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = gpio_key_drv_read,
.poll = gpio_key_drv_poll,
};
然后实验文件修改如下
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
/*
* sudo ./key_drv_irq_app /dev/key_drv
*
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
int val;
struct pollfd fds[1];
int timeout_ms = 5000;
int ret;
/* 1. 判断参数 */
if (argc != 2)
{
printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);
return -1;
}
/* 2. 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
fds[0].fd = fd;
fds[0].events = POLLIN;
while (1)
{
/* 3. 读文件 */
ret = poll(fds, 1, timeout_ms);
if ((ret == 1) && (fds[0].revents & POLLIN))
{
read(fd, &val, 4);
printf("get button : 0x%x\n", val);
}
else
{
printf("timeout\n");
}
}
close(fd);
return 0;
}
异步通知¶
感觉异步通知就像主动触发一个函数执行。
使用异步通知的时候，需要提供相应的.fasync的函数，来实现获得异步通知在应用层设置的相关参数，异步通知相关代码如下。
struct fasync_struct *button_fasync;
static int gpio_key_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{
if (fasync_helper(fd, file, on, &button_fasync) >= 0)
return 0;
else
return -EIO;
}
/* 定义自己的file_operations结构体 */
static struct file_operations gpio_key_drv = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = gpio_key_drv_read,
.poll = gpio_key_drv_poll,
.fasync = gpio_key_drv_fasync,
};
这个里面的fasync_helper函数的作用，会分配构造一个 fasync_struct 结构体 button_async。该结构体，
//在驱动文件的 flag 被设置为 FAYNC 时
button_async->fa_file = filp; // filp 表示驱动程序文件，里面含有之前设置的 PID
//驱动文件被设置为非 FASYNC 时
button_async->fa_file = NULL;
以后想发送信号时，使用 button_async 作为参数就可以，它里面“可能”含有 PID。
然后我们就可以在例如中断服务函数中发送信号。
static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{
struct key_dev *gpio_key = dev_id;
int val;
val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);
printk("key %d %d\n", gpio_key->gpio, val);
g_key = (gpio_key->gpio << 8) | val;
wake_up_interruptible(&gpio_key_wait);
kill_fasync(&button_fasync, SIGIO, POLL_IN);
return IRQ_HANDLED;
}
应用编程一般有以下几步
1.编写信号处理函数
2.注册信号处理函数
3.打开驱动
4.把进程 PID 告诉驱动
5.使能驱动的 FASYNC 功能
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>
static int fd;
//1.编写信号处理函数
static void sig_func(int sig)
{
int val;
read(fd, &val, 4);
printf("get button : 0x%x\n", val);
}
/*
* sudo ./key_drv_irq_app /dev/key_drv
*
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int val;
struct pollfd fds[1];
int timeout_ms = 5000;
int ret;
int flags;
if (argc != 2)
{
printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);
return -1;
}
//2.注册信号处理函数
signal(SIGIO, sig_func);
//3.打开驱动
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
//4.把进程 PID 告诉驱动
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
//5.使能驱动的 FASYNC 功能
flags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);
while (1)
{
printf("www.100ask.net \n");
sleep(2);
}
close(fd);
return 0;
}
阻塞和非阻塞¶
在read函数中添加阻塞标志位判断即可
/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 */
static ssize_t gpio_key_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
int err;
if ((g_key == 0) && (file->f_flags & O_NONBLOCK))
return -EAGAIN;
wait_event_interruptible(gpio_key_wait, g_key);
err = copy_to_user(buf, &g_key, 4);
g_key = 0;
return 4;
}
应用代码
通过设置文件的阻塞或者非阻塞方式来达到检测
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>
static int fd;
/*
* sudo ./key_drv_irq_app /dev/key_drv
*
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int val;
struct pollfd fds[1];
int timeout_ms = 5000;
int ret;
int flags;
int i;
/* 1. 判断参数 */
if (argc != 2)
{
printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);
return -1;
}
/* 2. 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NONBLOCK);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
for (i = 0; i < 10; i++)
{
if (read(fd, &val, 4) == 4)
printf("get button: 0x%x\n", val);
else
printf("get button: -1\n");
}
flags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, flags & ~O_NONBLOCK);
while (1)
{
if (read(fd, &val, 4) == 4)
printf("get button: 0x%x\n", val);
else
printf("while get button: -1\n");
}
close(fd);
return 0;
}