主题：linux驱动中的异步通知机制

刚刚电脑突然蓝屏死机了，，，第一版快要写完了突然就搞事情，还让不让我好好跨年了。今天是2018-12-31 21:30，祝各位新年快乐，事业有成，两位指导导师身体健康。2019年好好做项目，实验室的同志们一起努力。

编译系统   ：ubuntu 16.04

内       核   ：linux-2.6.22.6

硬件平台   ：jz2240

交叉编译器：arm-linux-gcc 3.4.5

先说一下什么是异步通知机制：一旦设备符合条件，就会主动通知用户程序，这样就可以让用户程序省心，可以专注做自己的事情。当有异步通知时，再去处理对应的程序。这点和单片机上的中断很类似。但是这是软件层次的中断，一般通过信号来传递的，也称之为“信号驱动的异步IO”。

话不多说，直接上代码，用户程序代码（因为是用户测试驱动，所有用户程序看起来很简单，实际项目中主要精力都花在用户程序中）如下：

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

int g_fd;//文件描述符

void my_handler(int sign_num)
{
	int readval;//read函数读返回值
	char keyval = 0;//按键值
	static int count=0;//记录发生多少次按键
	
	readval = read(g_fd,&keyval,sizeof(char));//没有中断时，休眠
	if(readval < 0)
	{			
		printf("no data to read\n");
		exit(-1);
	}
	printf("keyval = 0x%x count = %d\n",keyval,++count);

}

int main(int argc,int **argv)
{
	int get_flag;//fcntl读取的文件状态标志

	//打开设备文件，非阻塞方式
	g_fd = open("/dev/buttons",O_RDONLY|O_NONBLOCK);
	if(g_fd < 0)
	{
		perror("open /dev/buttons");
		return -1;
	}
	
	signal(SIGIO,my_handler);//接收到信号
	fcntl(g_fd,F_SETOWN,getpid());//通过命令将设置设备文件的拥有者为本进程
	get_flag = fcntl(g_fd,F_GETFL);
	fcntl(g_fd,F_SETFL,get_flag|FASYNC);//通过命令将设置设备文件支持FASYNC,即异步机制
	
	for(;;)
	{
		sleep(1000*10);//休眠10s，这里模拟实际代码
	}

	close(g_fd);		
	return 0;
}

这里要简单分析一下：

    signal(SIGIO,my_handler); //接收到信号，当驱动程序主动发送信号到用户程序中，用户程序就会自动捕获SIGIO类型的信号，然后转到my_handler函数中去执行对应的代码。

    fcntl(g_fd,F_SETOWN,getpid());//通过命令将设置设备文件的拥有者为本进程
    get_flag = fcntl(g_fd,F_GETFL);//获取当前设备文件标志
    fcntl(g_fd,F_SETFL,get_flag|FASYNC);//通过命令将设置设备文件支持FASYNC,即异步机制
    接下来就用for(;;) 内休眠模拟实际代码，这里就是实际需要处理其他的事情。

驱动代码如下：

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

/* 这是一个按键驱动
 * 如果没有按键按下，进行read就进行休眠
 * 为什么要休眠，因为应用程序会一直在读或者等到按键被按下来，
 * 如果说一直没有按下按键，那么就需要让用户空间进行休眠，不然会一直处于读阻塞
 */

//创建一个类
static struct class  *g_buttons_class;
//在类下面创建一个设备
static struct class_device *g_my_buttons_classdevice;

struct buttondesc
 {
 	unsigned int key_gpio; //引脚
	unsigned int irq ;	  //中断号
	unsigned int flag;	  //触发条件
	const char   *name;	  //名字
	char         keyval;//自定义键值
 };

static struct buttondesc g_buttons[4] = 
{
	{S3C2410_GPF0,  IRQ_EINT0,  IRQT_FALLING, "S2",0x11},
	{S3C2410_GPF2,  IRQ_EINT2,  IRQT_FALLING, "S3",0x12},
	{S3C2410_GPG3,  IRQ_EINT11, IRQT_FALLING, "S4",0x13},
	{S3C2410_GPG11, IRQ_EINT19, IRQT_FALLING, "S5",0x14},
};

static char g_keyval;//用于返回给用户空间

/* -------------------------------------------------------------------------  */
/* ################## 休眠相关变量 ################## */
#define      SLEEP      1
#define      NO_SLEEP   0 
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(g_buttons_waitq);
static char g_ev_press = SLEEP;//用于标志中断休眠

/* -------------------------------------------------------------------------  */
/* ################## 原子操作相关变量 ################## */
static atomic_t g_atomic = ATOMIC_INIT(1);//定义一个原子，并且初始化为1

/* -------------------------------------------------------------------------  */
/* ################## 异步相关变量 ################## */
struct fasync_struct *fasync;


/* @@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@@*/
//实际的中断处理函数
static irq_handler_t buttons_handler(int irq, void *dev_id)
{
	struct buttondesc *temp_desc = (struct buttondesc *)dev_id;//根据传递参数可以获得对应中断号数组
	unsigned int temp_key  = s3c2410_gpio_getpin(temp_desc->key_gpio);//读取gpio引脚状态

	if(!temp_key)//如果有按键按下就是0
		g_keyval = 0x80 | temp_desc->keyval;
	else
		g_keyval = temp_desc->keyval;

	//访问全局变量这里要进行原子操作
	if(!atomic_dec_and_test(&g_atomic))//测试其是否为0，为 0 则返回 true，否则返回 false 
	{
		//已经打开，不能再次打开
		atomic_inc(&g_atomic);
		return -1;
	}
	g_ev_press = NO_SLEEP;//唤醒休眠
	atomic_inc(&g_atomic);//恢复原子值
	wake_up_interruptible(&g_buttons_waitq);//唤醒挂在 g_buttons_waitq 上的进程
	kill_fasync(&fasync,SIGIO,POLL_IN);//发送异步信号 POLL_IN可读
	
	return 0;
}

//驱动读函数
static ssize_t buttons_read(struct file *fp, char __user *buf, size_t size, loff_t *fops)
{
	if(g_ev_press == SLEEP)//处于睡眠状态，此时没有数据
	{	
		if(fp->f_flags & O_NONBLOCK)//处于阻塞读取
		{
			return -1;
		}
		else
		{
			wait_event_interruptible(g_buttons_waitq, (g_ev_press == NO_SLEEP));//当g_ev_press == NO_SLEEP条件符合是 会被唤醒，继续执行
		}
	}				
	
	//执行到这里说明被中断唤醒了
	if(copy_to_user(buf,&g_keyval, 1))//返回到用户空间
		printk("copy_to_user not complete\n");
	//访问全局变量这里要进行原子操作
	if(!atomic_dec_and_test(&g_atomic))//测试其是否为0，为 0 则返回 true，否则返回 false 
	{
		//已经打开，不能再次打开
		atomic_inc(&g_atomic);
		return -1;
	}
	g_ev_press = SLEEP;//重新进行休眠
	atomic_inc(&g_atomic);//恢复原子值
	return 0;
}


//驱动poll，供应用程序selec和poll使用
static unsigned int buttons_poll(struct file *filp, struct poll_table_struct *wait)
{
	unsigned int mask = 0;

	poll_wait(filp, &g_buttons_waitq, wait);//并不是表示阻塞，而是代表g_buttons_waitq唤醒可唤醒select

	if (g_ev_press == NO_SLEEP)/* 可读 */
		mask |= POLLIN | POLLRDNORM;//POLLIN表示可以无阻塞读

	return mask;
}

static int button_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
{
	printk(KERN_INFO "--------- button_fasync --------- \n");
	fasync_helper(fd,filp,on,&fasync);

	return 0;
}


//驱动打开函数
static int buttons_open(struct inode *inodep, struct file *fp)
{
	int i;
	//注册中断
	for(i = 0; i < sizeof(g_buttons)/sizeof(struct buttondesc); i++)
		request_irq(g_buttons[i].irq,buttons_handler,g_buttons[i].flag,g_buttons[i].name,(void *)(&g_buttons[i]));
	//访问全局变量这里要进行原子操作
	if(!atomic_dec_and_test(&g_atomic))//测试其是否为0，为 0 则返回 true，否则返回 false 
	{
		//已经打开，不能再次打开
		atomic_inc(&g_atomic);
		return -1;
	}
	g_ev_press = SLEEP;//进行休眠
	atomic_inc(&g_atomic);//恢复原子值
	printk(KERN_INFO "open buttons success\n");
	
	return 0;
}

//关闭
static int buttons_close(struct inode *inodep, struct file *fp)
{
	int i;
	for(i = 0; i < sizeof(g_buttons)/sizeof(struct buttondesc); i++)
			free_irq(g_buttons[i].irq,&g_buttons[i]);

	button_fasync(-1,fp,0);//释放异步，将文件从异步通知列表中取消
	return 0;
}


//操作函数集
static struct file_operations g_buttons_op = 
{
	.owner   = THIS_MODULE,
	.open    = buttons_open,
	.read    = buttons_read,
	.release = buttons_close,
	.poll    = buttons_poll,
	.fasync  = button_fasync,
};

int g_buttons_major;
static int __init buttons_init(void)
{	
	g_buttons_major = register_chrdev(0, "my_buttons", &g_buttons_op);	    //注册设备 
	g_buttons_class = class_create(THIS_MODULE, "HBUT_class");	   //创建类
	g_my_buttons_classdevice = class_device_create(g_buttons_class, NULL, MKDEV(g_buttons_major, 0), NULL, "buttons");	// /dev/led %d

	return 0;
}

static void __exit buttons_exit(void)
{
	unregister_chrdev(g_buttons_major,"my_buttons");

	class_device_destroy(g_buttons_class,MKDEV(g_buttons_major, 0));	

	class_destroy(g_buttons_class);
}

MODULE_AUTHOR("大白菜");
MODULE_DESCRIPTION("buttons drive with sleep and interrupt");
MODULE_LICENSE("GPL");
module_init(buttons_init);
module_exit(buttons_exit);

这里简单分析一下驱动中代码

 //当用户空间的设备文件状态发生变化就会调用驱动程序中的该函数button_fasync

static int button_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
{
	printk(KERN_INFO "--------- button_fasync --------- \n");
	fasync_helper(fd,filp,on,&fasync);

	return 0;
}

static irq_handler_t buttons_handler(int irq, void *dev_id)
{
      、、、
      、、、 
      、、、

      kill_fasync(&fasync,SIGIO,POLL_IN);//发送异步信号 POLL_IN可读
      、、、
      、、、 
      、、、	

     return 0;
}

在可以获取资源时，在中断处理函数中，会调用kill_fasync(&fasync,SIGIO,POLL_IN)函数给用户程序发送SIGIO信号，其中POLL_IN代表可读，POLL_OUT表示可写。此时的用户程序无论在干嘛都会收到这个信号，然后转去处理该信号。