linux字符驱动之poll机制按键驱动

ulppknot · 发表于 2020-4-15 10:24

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在上一节中，我们讲解了如何自动创建设备节点，实现一个中断方式的按键驱动。虽然中断式的驱动，效率是蛮高的，但是大家有没有发现，应用程序的死循环里的读函数是一直在读的；在实际的应用场所里，有没有那么一种情况，偶尔有数据、偶尔没有数据，答案当然是有的。我们理想当然的就会想到，当有数据的时候，我们才去读它，没数据的时候我们读它干啥？岂不浪费劳动力？

这一节里，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。

poll机制总结：（韦老师总结的，不是我总结的哦！）

1. poll > sys_poll > do_sys_poll >poll_initwait，poll_initwait函数注册一下回调函数__pollwait，它就是我们的驱动程序执行poll_wait时，真正被调用的函数。

2. 接下来执行file->f_op->poll，即我们驱动程序里自己实现的poll函数

它会调用poll_wait把自己挂入某个队列，这个队列也是我们的驱动自己定义的；

它还判断一下设备是否就绪。

3. 如果设备未就绪，do_sys_poll里会让进程休眠一定时间

4. 进程被唤醒的条件有2：一是上面说的“一定时间”到了，二是被驱动程序唤醒。驱动程序发现条件就绪时，就把“某个队列”上挂着的进程唤醒，这个队列，就是前面通过poll_wait把本进程挂过去的队列。

5. 如果驱动程序没有去唤醒进程，那么chedule_timeout(__timeou)超时后，会重复2、3动作，直到应用程序的poll调用传入的时间到达。

问：这一节与上一节的在驱动里添加了哪些内容？

答：仅仅添加了poll函数，该函数如下：

static unsigned int fourth_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;
}

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

/* 定义并初始化等待队列头 */
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);

static struct class *fourthdrv_class;
static struct device *fourthdrv_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;

/* 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 */
      return IRQ_HANDLED;
}
static int fourth_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 fourth_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 fourth_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 fourth_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;
}

/* File operations struct for character device */
static const struct file_operations fourth_drv_fops = {
      .owner             = THIS_MODULE,
      .open             = fourth_drv_open,
      .read             = fourth_drv_read,
      .release = fourth_drv_close,
      .poll    = fourth_drv_poll,
};

/* 驱动入口函数 */
static int fourth_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, "fourth_drv", &fourth_drv_fops);

      /* 创建fourthdrv类 */
      fourthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "fourthdrv");

      /* 在fourthdrv类下创建buttons设备，供应用程序打开设备*/
      fourthdrv_device = device_create(fourthdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons");

      return 0;
}

/* 驱动出口函数 */
static void fourth_drv_exit(void)
{
      unregister_chrdev(major, "fourth_drv");
      device_unregister(fourthdrv_device);  //卸载类下的设备
      class_destroy(fourthdrv_class);             //卸载类
}

module_init(fourth_drv_init);  //用于修饰入口函数
module_exit(fourth_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

应用测试源码：

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <poll.h>

/* fourth_test
*/
int main(int argc ,char *argv[])

{
      int fd;
      unsigned char key_val;
      struct pollfd fds;
      int ret;

      fd = open("/dev/buttons",O_RDWR);
      if (fd < 0)
      {
            printf("open error\n");
      }
      fds.fd = fd;
      fds.events = POLLIN;
      while(1)
      {
            /* A value of 0 indicates  that the call timed out and no file descriptors were ready
               * poll函数返回0时，表示5s时间到了，而这段时间里，没有事件发生"数据可读"
               */
            ret = poll(&fds,1,5000);
            if(ret == 0)
            {
                     printf("time out\n");
            }
            else       /* 如果没有超时，则读出按键值 */
            {
                     read(fd,&key_val,1);
                     printf("key_val = 0x%x\n",key_val);
            }
      }
      return 0;
}

测试步骤：

[WJ2440]# ls
Qt          etc          lib          sbin          third_test
TQLedtest    first_drv.ko linuxrc       sddisk       tmp
app_test    first_test    mnt          second_drv.ko  udisk
bin          fourth_drv.ko  opt          second_test usr
dev          fourth_test proc          sys          var
driver_test home          root          third_drv.ko web
[WJ2440]# insmod fourth_drv.ko
[WJ2440]# lsmod
fourth_drv 3164 0 - Live 0xbf003000
[WJ2440]# ls /dev/buttons -l
crw-rw---- 1 root    root    252, 0 Jan  2 03:00 /dev/buttons
[WJ2440]# ./fourth_test
time out
time out
key_val = 0x1
key_val = 0x81
key_val = 0x4
key_val = 0x84
key_val = 0x3
key_val = 0x83
key_val = 0x2
key_val = 0x82
^C
[WJ2440]# ./fourth_test &
[WJ2440]# time out
time out
time out
[WJ2440]#top

Mem: 10076K used, 50088K free, 0K shrd, 0K buff, 7224K cached
CPU:  0.1% usr  0.7% sys  0.0% nic 99.0% idle  0.0% io  0.0% irq  0.0% sirq
Load average: 0.00 0.00 0.00 1/23 637
  PID  PPID USER    STAT VSZ %MEM CPU %CPU COMMAND
  637 589 root    R    2092  3.4 0  0.7 top
  589    1 root    S    2092  3.4 0  0.0 -/bin/sh
1    0 root    S    2088  3.4 0  0.0 init
  590    1 root    S    2088  3.4 0  0.0 /usr/sbin/telnetd -l /bin/login
  587    1 root    S    1508  2.5 0  0.0 EmbedSky_wdg
  636 589 root    S    1432  2.3 0  0.0 ./fourth_test
  573    2 root    SW<    0  0.0 0  0.0 [rpciod/0]
5    2 root    SW<    0  0.0 0  0.0 [khelper]
  329    2 root    SW<    0  0.0 0  0.0 [nfsiod]
2    0 root    SW<    0  0.0 0  0.0 [kthreadd]
3    2 root    SW<    0  0.0 0  0.0 [ksoftirqd/0]
4    2 root    SW<    0  0.0 0  0.0 [events/0]
11    2 root    SW<    0  0.0 0  0.0 [async/mgr]
  237    2 root    SW<    0  0.0 0  0.0 [kblockd/0]
  247    2 root    SW<    0  0.0 0  0.0 [khubd]
  254    2 root    SW<    0  0.0 0  0.0 [kmmcd]
  278    2 root    SW    0  0.0 0  0.0 [pdflush]
  279    2 root    SW    0  0.0 0  0.0 [pdflush]
  280    2 root    SW<    0  0.0 0  0.0 [kswapd0]
  325    2 root    SW<    0  0.0 0  0.0 [aio/0]

由测试结果可以看出，当按键没有被按下时，5秒之后，会显示出time out，表示时间已到，在这5秒时间里，没有按键被按下，即没有数据可读，当按键按下时，立即打印出按下的按键；同时，fourth_test进程，也几乎不占用CPU的利用率。

ExxNEN · 发表于 2020-4-15 18:54

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