字符设备驱动-poll机制

时间：2019-08-26 16:00:02

关键字：函数应用

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[导读] 先来看三种按键驱动方式: 1、查询方法：一直在查询，不断去查询是否有事件发生，整个过程都是占用CPU资源，非常消耗CPU资源。 2、中断方式：当有事件发生时，就去跳转到相应事件去处

先来看三种按键驱动方式:

1、查询方法：一直在查询，不断去查询是否有事件发生，整个过程都是占用CPU资源，非常消耗CPU资源。 2、中断方式：当有事件发生时，就去跳转到相应事件去处理，CPU占用时间少。 3、poll方式: 中断方式虽然占用CPU资源少，但是在应用程序上需要不断在死循环里面执行读取函数，应用程序不能去做其它事情。poll机制解决了这个问题，当有事件发生时，才去执行读read函数，按键事件没有按下时<如果规定了时间，超过时间后返回无按键信息>，去执行其它的处理函数。 poll机制分析一、poll内核框架：所有的系统调用，都可以基于它的名字前加上“sys_”前缀，这就是它在内核中对应的函数。比如系统调用open、read、write、poll，与之对应的内核函数为：sys_open、sys_read、sys_write、sys_poll。

对于系统调用poll或select，它们对应的内核函数都是sys_poll。分析sys_poll，即可理解poll机制。

① sys_poll函数位于fs/Select.c文件中，代码如下：

asmlinkage long sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds,
            long timeout_msecs)
{
    s64 timeout_jiffies;

    if (timeout_msecs > 0) {
#if HZ > 1000
        /* We can only overflow if HZ > 1000 */
        if (timeout_msecs / 1000 > (s64)0x7fffffffffffffffULL / (s64)HZ)
            timeout_jiffies = -1;
        else
#endif
            timeout_jiffies = msecs_to_jiffies(timeout_msecs);
    } else {
        /* Infinite (< 0) or no (0) timeout */
        timeout_jiffies = timeout_msecs;
    }

    return do_sys_poll(ufds, nfds, &timeout_jiffies);
}

它对超时参数稍作处理后，直接调用do_sys_poll。 ② do_sys_poll函数也位于位于fs/Select.c文件中，我们忽略其他代码：

int do_sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds, s64 *timeout)
{
……
poll_initwait(&table);
……
    fdcount = do_poll(nfds, head, &table, timeout);
……
}

②-Ⅰ poll_initwait函数非常简单，它初始化一个poll_wqueues变量table：

poll_initwait > init_poll_funcptr(&pwq->pt, __pollwait); > pt->qproc = qproc;
即table->pt->qproc = __pollwait，__pollwait将在驱动的poll函数里用到。

②-Ⅱ do_poll函数位于fs/Select.c文件中，代码如下：

static int do_poll(unsigned int nfds,  struct poll_list *list,
           struct poll_wqueues *wait, s64 *timeout)
{
01 ……
02  for (;;) {
03 ……
04              if (do_pollfd(pfd, pt)) {
05                  count++;
06                  pt = NULL;
07              }
08 ……
09      if (count || !*timeout || signal_pending(current))
10          break;
11      count = wait->error;
12      if (count)
13          break;
14
15      if (*timeout < 0) {
16          /* Wait indefinitely */
17          __timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT;
18      } else if (unlikely(*timeout >= (s64)MAX_SCHEDULE_TIMEOUT-1)) {
19          /*
20           * Wait for longer than MAX_SCHEDULE_TIMEOUT. Do it in
21           * a loop
22           */
23          __timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT - 1;
24          *timeout -= __timeout;
25      } else {
26          __timeout = *timeout;
27          *timeout = 0;
28      }
29 
30      __timeout = schedule_timeout(__timeout);
31      if (*timeout >= 0)
32          *timeout += __timeout;
33  }
34  __set_current_state(TASK_RUNNING);
35  return count;
36 }

分析其中的代码，可以发现，它的作用如下： ① 从02行可以知道，这是个循环，它退出的条件为： a. 09行的3个条件之一(count非0，超时、有信号等待处理) count非0表示04行的do_pollfd至少有一个成功。 b. 11、12行：发生错误 ②重点在do_pollfd函数，后面再分析 ③第30行，让本进程休眠一段时间，注意：应用程序执行poll调用后，如果①②的条件不满足，进程就会进入休眠。那么，谁唤醒呢？除了休眠到指定时间被系统唤醒外，还可以被驱动程序唤醒──记住这点，这就是为什么驱动的poll里要调用poll_wait的原因，后面分析。 ②-Ⅱ->do_pollfd函数位于fs/Select.c文件中，代码如下：

static inline unsigned int do_pollfd(struct pollfd *pollfd, poll_table *pwait)
{
……
            if (file->f_op && file->f_op->poll)
                mask = file->f_op->poll(file, pwait);
……
}

可见，它就是调用我们的驱动程序里注册的poll函数。二、驱动程序：驱动程序里与poll相关的地方有两处：一是构造file_operation结构时，要定义自己的poll函数。二是通过poll_wait来调用上面说到的__pollwait函数，pollwait的代码如下：

static inline void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p)
{
    if (p && wait_address)
        p->qproc(filp, wait_address, p);
}

p->qproc就是__pollwait函数，从它的代码可知，它只是把当前进程挂入我们驱动程序里定义的一个队列里而已。它的代码如下：

static void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address,
                poll_table *p)
{
    struct poll_table_entry *entry = poll_get_entry(p);
    if (!entry)
        return;
    get_file(filp);
    entry->filp = filp;
    entry->wait_address = wait_address;
    init_waitqueue_entry(&entry->wait, current);
    add_wait_queue(wait_address, &entry->wait);
}

执行到驱动程序的poll_wait函数时，进程并没有休眠，我们的驱动程序里实现的poll函数是不会引起休眠的。让进程进入休眠，是前面分析的do_sys_poll函数的30行“__timeout = schedule_timeout(__timeout)”。 poll_wait只是把本进程挂入某个队列，应用程序调用poll > sys_poll > do_sys_poll > poll_initwait，do_poll > do_pollfd > 我们自己写的poll函数后，再调用schedule_timeout进入休眠。如果我们的驱动程序发现情况就绪，可以把这个队列上挂着的进程唤醒。可见，poll_wait的作用，只是为了让驱动程序能找到要唤醒的进程。即使不用poll_wait，我们的程序也有机会被唤醒：chedule_timeout(__timeout)，只是要休眠__time_out这段时间。总结一下poll机制：

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两个：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。下面为用poll机制操控按键例子：

驱动程序：fourth_drv.c

#include   
#include   
#include   
#include   
#include   
#include 
#include   
#include   
#include   
#include   
#include 
#include 

static struct class *fourthdrv_class;
static struct class_device *fourthdrv_class_dev;

static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);

/* 中断事件标志, 中断服务程序将它置1，s3c24xx_fourth_read将它清0 */
static volatile int ev_press = 0;

volatile unsigned long *gpfcon;
volatile unsigned long *gpfdat;
volatile unsigned long *gpgcon;
volatile unsigned long *gpgdat;

struct pin_desc{
    unsigned int pin;
    unsigned int key_val;
};

/* 键值： 按下时，0x01、0x02、0x03 */
/* 键值： 松开时，0x81、0x82、0x83 */
static unsigned char key_val;

struct pin_desc pin_desc[3] = {
    {S3C2410_GPF0,0X01},
    {S3C2410_GPF2,0X02},
    {S3C2410_GPG3,0X03},
};


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);
        *gpfdat |= ((1<<4) | (1<<5) | (1<<6));
    }
    else
    {
        /* 按下 */
        key_val = pindesc->key_val;
        *gpfdat &= ~((1<<4) | (1<<5) | (1<<6));
    }
    ev_press = 1;                /* 表示中断发生了 */
    wake_up_interruptible(&button_waitq);   /* 唤醒休眠的进程 */
    return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}


static int fourth_drv_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
    /* 配置GPF0,2、GPG3为中断引脚 */
    request_irq(IRQ_EINT0, buttons_irq,IRQT_BOTHEDGE,"s2",&pin_desc[0]);
    request_irq(IRQ_EINT2, buttons_irq,IRQT_BOTHEDGE,"s3",&pin_desc[1]);
    request_irq(IRQ_EINT11,buttons_irq,IRQT_BOTHEDGE,"s4",&pin_desc[2]);
    /* 配置GPF4、5、6为输入引脚 */
    *gpfcon &= ~((0x3<<4*2) | (0x3<<5*2) | (0x3<<6*2));
    *gpfcon |=  ((1<<4*2) | (1<<5*2) | (1<<6*2));
    return 0;
}

static ssize_t fourth_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos)
{
    //看用户需要读取的空间，和这里的是否相同
    if(count != 1)
        return -EINVAL;
    /* 如果无按键动作发生，则进行休眠状态 */
    /* 如果ev_press等于0，休眠 */
    wait_event_interruptible(button_waitq,ev_press);

    /* 如果有按键动作发生，则返回按键的值 */
    copy_to_user(buf,&key_val,1);
    ev_press = 0;

    return 1;
}

static int fourth_drv_close (struct inode *inode, struct file *file)
{
    free_irq(IRQ_EINT0,  &pin_desc[0]);
    free_irq(IRQ_EINT2,  &pin_desc[1]);
    free_irq(IRQ_EINT11, &pin_desc[2]);
    return 0;

}

static unsigned int fourth_drv_poll(struct file *file, struct poll_table_struct *wait)
{
    unsigned int mask = 0;

    poll_wait(file, &button_waitq, wait);

    if (ev_press)
        mask |= POLLIN | POLLRDNORM;   
    return mask;
}

static struct file_operations fourth_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  = fourth_drv_open,
    .read = fourth_drv_read,
    .release = fourth_drv_close,
    .poll = fourth_drv_poll
};

int major; 

static int fourth_drv_init(void)
{
        major = register_chrdev(0,"fourth_drv",&fourth_drv_fops);
        fourthdrv_class = class_create(THIS_MODULE,"fourthdrv");
        fourthdrv_class_dev = class_device_create(fourthdrv_class,NULL,MKDEV(major,0),NULL,"buttons");
        gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050,16);
        gpfdat = gpfcon + 1;
        gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060,16);
        gpgdat = gpgcon + 1;
        return 0;
}

static int fourth_drv_exit(void)
{
        unregister_chrdev(major,"fourth_drv");
        class_device_unregister(fourthdrv_class_dev);
        class_destroy(fourthdrv_class);
        iounmap(gpfcon);
        iounmap(gpgcon);
        return 0;
}

module_init(fourth_drv_init);
module_exit(fourth_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

驱动测试程序:fourthdrvtest.c

#include   
#include   
#include   
#include   
#include 

/* 
 * fourthdrvtest
 */

int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    unsigned char key_val;
    struct pollfd fds[1];
    int ret;
    fd = open("/dev/buttons",O_RDWR);
    if(fd < 0)
    {
        printf("can't open!n");
    }
    fds[0].fd = fd;
    fds[0].events = POLLIN;
    while(1)
    {
        ret = poll(fds,1,5000);
        if(ret == 0)
        {
            printf("Time out!n");

        }
        else
        {
        read(fd,&key_val,1);
        printf("key_val = 0x%xn",key_val);
        }
    }

    return 0;
}

Makefile

KERN_DIR = /work/system/linux-2.6.22.6

all:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 

clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
    rm -rf modules.order

obj-m += fourth_drv.o

测试命令：

make
arm-linux-gcc -o fourthdrvtest fourthdrvtest.c
cp fourthdrvtest fourth_drv.ko /work/nfs_root/czg
insmod fourth_drv.ko
./fourthdrvtest &
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