linux 内核驱动的poll,嵌入式Linux驱动开发（五）——poll机制原理以及驱动实现...
前情回顧：
再開始今天的內(nèi)容之前，先簡(jiǎn)單review一下，我們都用了什么方案來獲取按鍵值，他們的特點(diǎn)都是什么。只有不斷地理清了思路，我們才能夠更好的理解，為何會(huì)出現(xiàn)如此多的解決方案，當(dāng)遇到問題的時(shí)候，才可以對(duì)癥下藥。
第一種方案，也是最粗暴的一種，在應(yīng)用層通過一個(gè)死循環(huán)的read函數(shù)，來不斷地查看底層read函數(shù)，在底層我們并未做阻塞，每次應(yīng)用層read，底層都會(huì)給上層應(yīng)用返回值。那么，這個(gè)簡(jiǎn)單粗暴的方式，顯然是最不合理的，因?yàn)閞ead函數(shù)不斷地在讀取，使得CPU的使用率被死循環(huán)占用了99%，這基本上是災(zāi)難式的解決方案。雖然簡(jiǎn)單，但是代價(jià)也是顯而易見的。
為了降低CPU的使用率，那么就要避免使用死循環(huán)不斷地來從底層獲取信息，那么，也就產(chǎn)生了兩種解決思路，也分別就是第二篇文章中的兩種解決方案了。
第二種方案，直接舍棄了上層應(yīng)用read的操作，全部交給底層，通過中斷來實(shí)現(xiàn)。(request_irq 和 free_irq函數(shù)來注冊(cè)和卸載中斷)只要按鍵按下，進(jìn)入中斷模式，調(diào)用底層的中斷處理函數(shù)，來將按鍵信息進(jìn)行打印。雖然上層應(yīng)用沒有什么影響，但是，這樣的方案也并不是我們想要的，因?yàn)?#xff0c;底層相對(duì)穩(wěn)定的部分，參與了他不該參與的部分——具體中斷如何解決。這樣其實(shí)也是災(zāi)難性的，難道因?yàn)樯蠈討?yīng)用程序的需求發(fā)生了改變，還需要修改底層的驅(qū)動(dòng)程序嗎？！這顯然要把從用戶到應(yīng)用層開發(fā)再到底層應(yīng)用開發(fā)人員給煩死。但是這個(gè)方案雖然不能解決需求，但它也并不是一無是處的，正是因?yàn)樗拇嬖?#xff0c;才出現(xiàn)了第三種解決的方案。
第三種方案，實(shí)際從底層解決思路的角度來看，是通過睡眠的方式解決的，從上層來看是通過阻塞來解決的。也就，上層應(yīng)用通過調(diào)用了阻塞式的read函數(shù)(這也是大部分 read 函數(shù)的使用場(chǎng)景)，如果沒有數(shù)據(jù)返回來，就讓 read 阻塞在這里，上層應(yīng)用可以放心的死循環(huán)來調(diào)用 read， 不必?fù)?dān)心它會(huì)不停地調(diào)用底層而耗費(fèi)大量資源。對(duì)于底層如何來實(shí)現(xiàn)阻塞式的 read 呢？其實(shí)也很簡(jiǎn)單是通過睡眠的方式來實(shí)現(xiàn)的。
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wait_queue);
wake_up_interruptible(&wait_queue);
wait_event_interruptible(wait_queue, condition);
通過以上的函數(shù)，來實(shí)現(xiàn)底層應(yīng)用的睡眠功能，結(jié)合第二種方案，在上層 read 的時(shí)候直接讓驅(qū)動(dòng)睡眠，而不是返回。通過注冊(cè)中斷處理函數(shù)，在其中，來喚醒并通過copytouser函數(shù)來把數(shù)據(jù)返回到上層應(yīng)用的 read 函數(shù)中，從而實(shí)現(xiàn)了上層的阻塞功能。不但可以檢測(cè)到中斷的具體發(fā)生情況，同時(shí)也避免了 CPU 的高使用率的發(fā)生。
通過以上一系列的方法，初步實(shí)現(xiàn)了獲取按鍵值的需求，但是，還不能夠滿足我們的所有需求，比如，最后的解決方案是將 read 阻塞在了那里，這不一定能滿足我們所有的需求，因此，也誕生了以下的方案——poll機(jī)制。
延續(xù)之前文章中提到的最后一種方案，一直阻塞在那里可能會(huì)限制我們的需求，那么，是否可以通過一種方案，讓他不要一直阻塞，而是阻塞一段時(shí)間，如果沒有變化就先讓它返回，不要一直阻塞在那里。
對(duì)于Linux應(yīng)用開發(fā)來說，poll 機(jī)制的使用和 open、read函數(shù)的使用大同小異，只需要調(diào)用 poll 函數(shù)即可。關(guān)于這個(gè)函數(shù)的具體使用方法，可以通過man poll來查看具體的函數(shù)使用方法。
poll 函數(shù)的原型如下：
#include
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
根據(jù)man手冊(cè)的信息，可以在應(yīng)用層實(shí)現(xiàn) poll 函數(shù)和 read 函數(shù)的調(diào)用。
#include
#include
#include
#include
#include
#include
int main()
{
//打開設(shè)備文件
int fd = open("/dev/poll_eint", O_RDWR);
if(fd < 0)
{
printf("open error\n");
return -1;
}
#if 0
/*
poll 函數(shù)所接收的第一個(gè)參數(shù)，該結(jié)構(gòu)體的內(nèi)容
*/
struct pollfd {
int fd; /* file descriptor 文件描述符*/
short events; /* requested events 輸入?yún)?shù)*/
short revents; /* returned events 輸出參數(shù)，事件發(fā)生后由內(nèi)核來修改*/
};
#endif
//創(chuàng)建 struct polld 結(jié)構(gòu)體，并為其中的成員賦值
struct pollfd fds[1];
fds[0].fd = fd; //指定文件描述
fds[0].events = POLLIN;//有數(shù)據(jù)可以讀的時(shí)候返回
int ret = 0; //poll 函數(shù)的返回值，依據(jù)返回值判斷是否有數(shù)據(jù)可讀
unsigned char value = 0; //讀取的按鍵值
//循環(huán)查詢
while(1)
{
// int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
/*
fds：struct pollfd 數(shù)組，其中管理了文件描述以及輸入?yún)?shù)
ndfs: 需要通過 poll 機(jī)制管理的文件描述符數(shù)量
timeout：超時(shí)時(shí)間，單位為毫秒
*/
//調(diào)用 poll 函數(shù)
ret = poll(fds, 1, 5000);
//如果返回值為0，打印超時(shí)
if(!ret)
printf("timeout.....%d\n\n", ret);
else{
//返回值不為0，說明有數(shù)據(jù)可以讀取，通過 read 來讀取數(shù)據(jù)并打印
read(fd, &value, 1);
printf("value: %x\t ret: %d\n", value, ret);
}
}
return 0;
}
以上就是一個(gè)簡(jiǎn)單的通過 poll 查詢的應(yīng)用程序示例代碼。但是，Linux 系統(tǒng)是如何來實(shí)現(xiàn) poll 函數(shù)的，驅(qū)動(dòng)程序如何來寫是接下來要討論的話題。
和 open 一樣，上層調(diào)用 open 函數(shù)，進(jìn)入內(nèi)核空間，調(diào)用 sys_open 系統(tǒng)調(diào)用，在逐層向下調(diào)用，一直到調(diào)用到驅(qū)動(dòng)程序中 file_operations 中注冊(cè)的 open函數(shù)為止。poll 函數(shù)也同樣，根據(jù)內(nèi)核源代碼，具體 poll 函數(shù)的調(diào)用原理如下。
poll機(jī)制的調(diào)用原理
應(yīng)用層通過調(diào)用: poll函數(shù)
進(jìn)入到內(nèi)核空間的系統(tǒng)調(diào)用: sys_poll(位于/linux/sys_poll.h 文件中)
do_sys_poll(...., timeout_jiffies)
poll_initwait(&table)
init_poll_funcptr(&pwq->pt, __pollwait)
pt->qproc = qproc //相當(dāng)于table->qproc = __pollwait
do_poll(nfds, head, &table, timeout)
for(;;) //死循環(huán)
if(do_pollfd(pfd, pt))
//do_pollfd中，調(diào)用mask = file->f_op->poll(file, pwait); return mask;
//實(shí)際此時(shí)就會(huì)調(diào)用到驅(qū)動(dòng)程序中的 poll 函數(shù)
p->qproc(filp, wait_address, p);//驅(qū)動(dòng)程序中的 poll 函數(shù)，需要調(diào)用 poll_wait 函數(shù)，poll_wait 函數(shù)中執(zhí)行了這個(gè)條語句
__pollwait()//把當(dāng)前進(jìn)程掛到隊(duì)列中去管理，并不休眠
count++; //如果驅(qū)動(dòng)的poll返回非0值，那么count++
pt = NULL;
if(count || !*timeout || signal_pending(current))
break; //break的三個(gè)條件：count非0；超時(shí)；有信號(hào)等待處理
//如果條件不成立，會(huì)進(jìn)入到休眠狀態(tài)
//驅(qū)動(dòng)的poll：p->qproc(filp, wait_address, p) 把當(dāng)錢進(jìn)程掛到wait_address隊(duì)列中去
__timeout = schedule_timeout(__timeout) //休眠_(dá)_timeout的時(shí)間
根據(jù)以上的調(diào)用路線可以看到其中有一句f_op->poll(....)，可以看出這個(gè)句話實(shí)際是從之前我們很熟悉的struct file_operations中取出了poll的函數(shù)指針，并且添加到一個(gè)超時(shí)隊(duì)列中來進(jìn)行調(diào)用管理的。
那么，我們只需要看看具體的 poll 函數(shù)原型是怎么樣的也就可以來寫poll 機(jī)制的驅(qū)動(dòng)了。
struct file_operations {
// .........
unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);
//.........
};
驅(qū)動(dòng)程序使用 poll 機(jī)制以及中斷機(jī)制來獲取按鍵值
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define EINT_PIN_COUNT 4
static const char* dev_name = "poll_eint";
static volatile unsigned int major = 0;
static struct class* poll_class;
static struct class_device* poll_class_device;
struct pin_desc
{
unsigned int pin;
unsigned int value;
};
//%kernel%\include\asm-arm\arch\irqs.h
//#define IRQ_EINT0 S3C2410_IRQ(0) /* 16 */
//中斷號(hào)數(shù)組
static const int eints[EINT_PIN_COUNT] =
{
IRQ_EINT0,
IRQ_EINT2,
IRQ_EINT11,
IRQ_EINT19
};
static struct pin_desc pins[4] =
{
{S3C2410_GPF0, 0x1},
{S3C2410_GPF2, 0x2},
{S3C2410_GPG3, 0x3},
{S3C2410_GPG11, 0x4},
};
unsigned int status = 0;
unsigned int condition = 0;
unsigned char value = 0;
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wait_queue); //初始化中斷等待序列
//中斷處理函數(shù)
static irqreturn_t irq_handler(int irq, void *dev_id)
{
//獲取按鍵值，如果按下則與0x80
struct pin_desc* desc = (struct pin_desc*) dev_id;
status = s3c2410_gpio_getpin(desc->pin);
if(status)
value = desc->value | 0x80;
else
value = desc->value;
//從睡眠隊(duì)列中喚醒
wake_up_interruptible(&wait_queue);
condition = 1;
return 0;
}
static ssize_t poll_read (struct file *file, char __user *buff, size_t size, loff_t *ppos)
{
//read 的時(shí)候直接進(jìn)入睡眠狀態(tài)，有中斷發(fā)生的時(shí)候在中斷處理函數(shù)中喚醒
printk(".........read\n\n");
wait_event_interruptible(wait_queue, condition);
condition = 0;
//喚醒后，講數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶空間
printk("read.........\n\n");
copy_to_user(buff, &value, 1);
return 0;
}
static unsigned int poll_poll (struct file *file, struct poll_table_struct *pts)
{
unsigned int mask = 0;
printk("poll<<<<<<<<<<<<<
// static inline void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p)
poll_wait(file, &wait_queue, pts); //將需要管理的文件描述符、休眠的隊(duì)列告訴內(nèi)核，內(nèi)核會(huì)將該進(jìn)程放到管理隊(duì)列中，但并不會(huì)在這里進(jìn)行休眠
printk("poll>>>>>>>>>>>>>>\n\n");
//如果按鍵被按下，返回非零值，以便應(yīng)用層判斷poll 返回值
if(condition)
mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
return mask;
}
static int poll_open (struct inode *inode, struct file *file)
{
// 在 open 的時(shí)候注冊(cè)按鍵中斷
int i;
for(i = 0; i < EINT_PIN_COUNT; ++i){
request_irq(eints[i], irq_handler, IRQT_BOTHEDGE, dev_name, &pins[i]);
}
printk("interrupt register\n");
return 0;
}
static int poll_release (struct inode *inode, struct file *file)
{
//釋放之前注冊(cè)的中斷
//void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)
int i = 0;
for(;i < EINT_PIN_COUNT; ++i){
free_irq(eints[i], &pins[i]);
}
printk("button released\n");
return 0;
}
struct file_operations poll_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.open = poll_open,
.read = poll_read,
.poll = poll_poll,
.release = poll_release,
};
static int __init poll_init(void)
{
major = register_chrdev(major, dev_name, &poll_fops);
poll_class = class_create(THIS_MODULE, dev_name);
poll_class_device = class_device_create(poll_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, dev_name);
printk("init\n");
return 0;
}
static void __exit poll_exit(void)
{
unregister_chrdev(major, dev_name);
class_device_unregister(poll_class_device);
class_destroy(poll_class);
printk("exit\n");
}
module_init(poll_init);
module_exit(poll_exit);
MODULE_AUTHOR("Ethan Lee <4128127@qq.com>");
MODULE_LICENSE("GPL");
通過以上的代碼，就可以實(shí)現(xiàn)通過 poll 機(jī)制和中斷的方式來實(shí)現(xiàn)不完全阻塞的狀態(tài)來查詢按鍵值了。
那么以上的方法實(shí)際都是通過應(yīng)用層查詢的方式來實(shí)現(xiàn)了具體的按鍵值獲取任務(wù)，是不是還有其他的方式來獲取按鍵值呢？
假設(shè)把應(yīng)用程序主動(dòng)查看的方式比作一個(gè)人通過不斷地打電話的方式來詢問快遞是否送達(dá)，那么，是不是可以讓驅(qū)動(dòng)程序來給應(yīng)用程序打電話，通知他狀態(tài)發(fā)生了變化呢？
這個(gè)當(dāng)然是可以的，肯定需要用到進(jìn)程間的通訊方式。
具體的實(shí)現(xiàn)過程，在下一篇文章里面我們來探討吧。
總結(jié)
以上是生活随笔為你收集整理的linux 内核驱动的poll,嵌入式Linux驱动开发（五）——poll机制原理以及驱动实现...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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