Linux驱动入门（六）poll机制实现按键驱动

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Linux驱动入门（六）poll机制实现按键驱动

如何使用read阻塞去读取按键驱动，那么就意味着一个线程只能监听一个按键，如果想要监听多个按键，就需要启动多个线程，开启线程会耗费资源，并且多线程会增加编程难度，那么有没有一种机制，使得一个线程可以监听多路IO呢？

Linux提供的select、poll、epoll机制，select、poll、epoll可以监听多路IO的状态，直到有IO满足条件（可读或可写等）时返回

其中select、poll系统调用的实现原理是类似的，epoll有别于这两者

但是对于底层驱动的实现都是一样的，都是实现驱动的poll函数

本文将介绍如何实现一个支持多路IO复用的驱动程序

一、poll应用编程

这里以poll为例，编写一个应用程序

• poll函数原型

  /*
   * fds：这是一个数组，每一个数组元素表示要监听的文件描述符以及相应的事件
   * nfds：数组的个数
   * timeout：超时时间
   * 返回值：成功返回准备好的事件个数，超时放回0，出错放回-1
   */
  int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);
  

• struct pollfd结构体

  struct pollfd {
  	int   fd;		//要监听的文件描述符
      short events;    //要监听的事件
      short revents;   //放回结果
  };
  

  对于events和revents部分取值如下

  POLLIN 	//可读
  POLLOUT //可写
  

示例

#include 
#include 
#include 

#define MAX_FD  100

int main(int argc, char* argv[])
{
    struct pollfd fds[MAX_FD];
    int nfds;
    char buf[1024];
    int len;
    int i;

    memset(fds, 0, sizeof(fds));

    /* 添加要监听的事件 */
    fds[0].fd = 0; //标准输入
    fds[0].events = POLLIN; //可读

    /* 添加其他要监听的事件 */
    
    while(1)
    {
        nfds = poll(fds, MAX_FD, -1); //阻塞等待
        if(nfds < 0)
        {
            printf("poll err.\n");
            return -1;
        }

        for(i = 0; i < MAX_FD; i++)
        {
            if(fds[i].revents | POLLIN) //可读
            {
                len = read(fds[i].fd, buf, 1024);
                if(len < 0)
                {
                    printf("read err.\n");
                    return -1;
                }
    
                buf[len] = '\0';
                printf("read buf: %s\n", buf);
            }
        }
    }

    return 0;
}

上述例子中只是监听了一路IO（标准输入），你可以编译运行查看运行效果

二、驱动poll机制的实现

实际上select、poll、epoll的实现都是利用等待队列机制，将执行select、poll、epoll的进程挂到每一个驱动程序的等待队列中，然后睡眠等待，直到被唤醒

驱动程序的poll函数至少会被select、poll、epoll系统调用调用两次

第一次是将select、poll、epoll所在的进程调用驱动程序的poll函数，将自己挂到驱动程序的等待队列中

第二次是select、poll、epoll所在的进程被驱动程序唤醒，再次驱动程序的poll函数，获取驱动程序满足的条件（可读或可写）

Linux内核给驱动程序实现poll机制提供了一个函数

/*
 * wait_address：驱动程序的等待队列头
 * p：有select、poll、epoll传递过来的参数
 */
void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p);

该函数的作用就是将调用select、poll、epoll的进程挂到驱动程序的等待队列中

驱动程序一般如下面实现poll机制

static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_wq_head); //定义并初始化一个等待队列头

static unsigned int button_poll(struct file *file, struct poll_table_struct *poll_table)
{
    unsigned int mask = 0;

    /* 第一次被调用时，将调用select、poll、epoll的进程加入驱动的等待队列中 */
	poll_wait(file, &button_wq_head, poll_table);
    
    /* 第二次被调用时，如果条件满足，返回状态，之后poll会返回 */
    if(conditon)
    	mask = POLLIN | POLLRDNORM;

    return mask;
}

实现一个支持多路复用的驱动程序很简单，只需要加入上述几行代码

但是要弄清除这里面的来龙去脉并不是一件容易的事，至少你需要熟悉内核的等待队列，然后分析poll、select、epoll的源码，如果你有这个兴趣的话，可以看一下下面几篇文章

Linux poll内核源码剖析

Linux select内核源码剖析

Linux epoll内核源码剖析

三、源码

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

#include 
#include 

static dev_t dev_id;
static struct cdev *button_dev;
static struct class *button_class;

/* 定义并初始化一个等待队列头 */
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_wq_head);
static int button_val;
static int button_press;

static irqreturn_t button_irq(int irq, void *data)
{
    /* 判断等待队列中是否有等待元素 */
    if(!waitqueue_active(&button_wq_head))
        return IRQ_HANDLED;

    /* 读取按键值 */
    button_val = gpio_get_value(S5PV210_GPH0(2));
    button_press = 1;

    /* 唤醒等待队列 */
    wake_up_interruptible(&button_wq_head);

    return IRQ_HANDLED;
}

static int button_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    int ret;
    
    ret = request_irq(IRQ_EINT2, button_irq, IRQF_TRIGGER_FALLING, "button_irq", NULL);

    return 0;
}

static ssize_t button_read(struct file *file, char __user *data, size_t size, loff_t *loff)
{
    int ret;
    int val;
    
    val = button_val;
    ret = copy_to_user(data, &val, sizeof(val));

    return sizeof(val);
}

static int button_release(struct inode *inode, struct file *file)
{
    free_irq(IRQ_EINT2, NULL);

    return 0;
}

static unsigned int button_poll(struct file *file, struct poll_table_struct *poll_table)
{
    unsigned int mask = 0;

	if (!button_press)
    {
		poll_wait(file, &button_wq_head, poll_table);
	}
    else
    {
        button_press = 0;
        mask = POLLIN | POLLRDNORM;
    }

    return mask;
}

static struct file_operations button_fops = {
	.owner      = THIS_MODULE,
    .open       = button_open,
    .read       = button_read,
    .release    = button_release,
    .poll       = button_poll,
};

static __init int button_init(void)
{
    /* 申请设备号 */
    alloc_chrdev_region(&dev_id, 1, 1, "button");

    /* 分配字符设备 */
    button_dev = cdev_alloc();

    /* 设置字符设备 */
    cdev_init(button_dev, &button_fops);

    /* 注册字符设备 */
    cdev_add(button_dev, dev_id, 1);

    /* 创建设备节点 */
	button_class = class_create(THIS_MODULE, "button"); //创建类
	device_create(button_class, NULL, dev_id, NULL, "button"); //创建设备节点

    gpio_request(S5PV210_GPH0(2), "button");

    return 0;
}

static __exit void button_exit(void)
{
    /* 注销设备节点 */
    device_destroy(button_class, dev_id);
    class_destroy(button_class);

    /* 注销字符设备 */
    cdev_del(button_dev);
    kfree(button_dev);

    /* 注销注册的设备号 */
    unregister_chrdev_region(dev_id, 1);

    gpio_free(S5PV210_GPH0(2));
}

module_init(button_init);
module_exit(button_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

四、测试

将上述驱动保存为button_drv.c，执行Makefile，加载驱动模块

• 测试应用程序

  #include 
  #include 
  #include 
  #include 
  #include 
  #include 
  
  #define BUTTON_DEV "/dev/button"
  
  int main(int argc, char* argv[])
  {
      int val;
      struct pollfd fds[1];
      
      int fd = open(BUTTON_DEV, O_RDONLY);
      if(fd < 0)
      {
          printf("failed to open %s\n", BUTTON_DEV);
          return -1;
      }
  
      fds[0].fd = fd;
      fds[0].events = POLLIN;
  
      while(1)
      {
          poll(fds, 1, -1);
          printf("poll return\n");
  
          if(fds[0].revents & POLLIN)
          {
              read(fd, &val, sizeof(val));
              if(val == 0)
              {
                  printf("button press\n");
              }
          }
      }
  
      close(fd);
  
      return 0;
  }
  

  编译运行

  运行效果，只有按键按下时，poll才会放回