嵌入式Linux驱动开发 05：阻塞与非阻塞
文章目录
- 目的
- 基础说明
- 开发准备
-
- 驱动程序
- 应用程序
- O_NONBLOCK
-
- 应用程序
- 驱动程序
- 程序演示
- poll
-
- 应用程序
- 驱动程序
- 程序演示
- 异步通知
-
- 应用程序
- 驱动程序
- 程序演示
- 总结
目的
不管在应用开发还是驱动开发中阻塞和非阻塞都是绕不开的话题。这篇文章将介绍相关的基础内容。
这篇文章中内容均在下面的开发板上进行测试：
《新唐NUC980使用记录：自制开发板（基于NUC980DK61YC）》
这篇文章是在下面文章基础上进行的：
《新唐NUC980使用记录（5.10.y内核）：在用户应用中使用GPIO》
基础说明
当应用程序和驱动进行读写交互的时候会有一个问题，你要访问或操作的资源当前是否存在或者是否可用。根据状况和操作逻辑的不同就衍生出了阻塞与非阻塞的概念。
阻塞形式访问的话会直到资源可用才进行下一步操作。非阻塞式操作如果当前资源不可用，要不直接返回错误，要不在后台等到资源可用时候进行通知。
默认情况下应用程序通过 read / write 操作都是阻塞式的，可以通过 open 操作时候传入 O_NONBLOCK 参数设置为非阻塞形式，这样如果资源不可用就会直接返回错误。
除了上面这个操作，还有更多形式的处理这方面问题的机制。比如 select / poll / epoll ，这类方式可以设定一个超时时间，在此时间内会等待资源可用，超时了则会返回。还有比如 异步通知 方式，这个方式有点像是事件或者中断。
开发准备
驱动程序
本文中演示中驱动代码涉及目录与文件结构组织如下：
具体涉及的文件与内容见前面文章 《嵌入式Linux驱动开发 04：基于设备树的驱动开发》 。
驱动程序编译和拷贝到开发板测试操作如下：
# 进入内核目录
cd ~/nuc980-sdk/NUC980-linux-5.10.y
# 编辑驱动文件
gedit ./drivers/user/char_dev/char_drv.c
# 驱动文件内容见下面章节
# 设置编译工具链
export ARCH=arm; export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabi-
export PATH=$PATH:/home/nx/nuc980-sdk/buildroot-2023.02/output/host/bin
# 编译生成内核镜像
make uImage
# 可以根据电脑配置使用make -jx等加快编译速度
# 编译完成后拷贝到电脑上再拷贝到SD卡中
# sudo cp arch/arm/boot/uImage /media/sf_common/
# 我这里开发环境和开发板在同一局域网中，所以可以直接通过网络将uImage文件拷贝到开发板上
# 在开发板中挂载boot分区
# mount /dev/mmcblk0p1 /mnt/
# 在ubuntu中使用scp命令拷贝dtb文件到开发板上
# scp arch/arm/boot/uImage [email protected]:/mnt/
# 拷贝完成后重启开发板即可测试
# reboot
应用程序
本文中驱动程序需要编写对应的应用程序来测试其功能，应用程序基础准备如下：
# 创建目应用程序录并进入
mkdir -p ~/nuc980-sdk/apps/test
cd ~/nuc980-sdk/apps/test
# 创建应用程序文件
gedit char_dev_test.c
# 应用程序具体内容因不同的驱动程序而异
# 设置编译工具链
export ARCH=arm; export CROSS_COMPILE=arm-buildroot-linux-gnueabi-
export PATH=$PATH:/home/nx/nuc980-sdk/buildroot-2023.02/output/host/bin
# 编译生成目标应用程序
arm-linux-gcc -o char_dev_test char_dev_test.c
# 编译完成后拷贝到电脑上再拷贝到SD卡中
# sudo cp char_dev_test /media/sf_common/
# 我这里开发环境和开发板在同一局域网中，所以可以直接通过网络将文件拷贝到开发板上
# 在ubuntu中使用scp命令拷贝文件到开发板上
# scp char_dev_test [email protected]:/root/
O_NONBLOCK
应用程序
这个应用程序中使用 open 中 O_NONBLOCK 来处理是否阻塞。
#include \n" ); // 阻塞方式
printf(" test -nb\n" ); // 非阻塞方式
return -1;
}
if (fd < 0)
{
printf("NX applog: can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
/* 读数据 */
len = read(fd, buf, 4096);
if(len)
{
buf[len] = '\0';
printf("NX applog: len %d, data %s\n", len, buf);
}
else
{
printf("NX applog: len %d, EAGAIN\n", len);
}
close(fd);
return 0;
}
驱动程序
下面驱动程序中使用定时器来模拟开关资源可用与否。
#include 程序演示
上面演示中可以看到应用程序在阻塞模式下资源可用会立即返回，资源不可用会阻塞直至获取到资源再返回。而非阻塞模式下不管资源可不可用都会返回。
poll
应用程序
#include \n" );
return -1;
}
timeout = atoi(argv[2]);
/* 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd < 0)
{
printf("NX applog: can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
/* 等待文件可读 */
fds.fd = fd;
fds.events = POLLIN;
ret = poll(&fds, nfds, timeout); // 等待事件触发， timeout 为 -1 时将不会超时
if ((ret > 0) && (fds.revents & POLLIN))
{
len = read(fds.fd, buf, 4096); // 从文件读取数据
if(len)
{
buf[len] = '\0';
printf("NX applog: len %d, data %s\n", len, buf);
}
}
else
{
printf("NX applog: poll timeout or error\n");
}
close(fd);
return 0;
}
驱动程序
下面驱动中用到的等待队列（WAIT_QUEUE）。
#include 程序演示
上面驱动刷新资源间隔是5秒，所以应用程序设置5秒的超时时间一定可以获取到资源。
异步通知
应用程序
#include \n" );
return -1;
}
/* 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd < 0)
{
printf("NX applog: can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
signal(SIGIO, sig_callback); // 注册信号和对应回调函数
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
flags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC); // 启动异步信号通知
while (1)
{
sleep(2);
printf("NX applog: ......\n");
}
close(fd);
return 0;
}
驱动程序
#include 程序演示
上面驱动程序中每两次定时器触发（10s）会发送一次信号，测试的应用程序在接到信号后会执行对应回调函数。
总结
阻塞和非阻塞是非常基础的内容，形式上通常也就着一些，本身使用上来说并不复杂，更多的是需要和实际的业务功能结合起来处理。