STM32MP157驱动开发——按键驱动（POLL 机制）
文章目录
- “POLL ”机制：
- APP执行过程
- 驱动使用的函数
- 应用使用的函数
-
- pollfd结构体
- poll函数
- 事件类型
- 实现原理
- poll方式的按键驱动程序(stm32mp157)
-
- gpio_key_drv.c
- button_test.c
- Makefile
- 修改设备树文件
- 编译测试
“POLL ”机制：
使用休眠-唤醒的方式等待某个事件发生时，有一个缺点：等待的时间可能很久。我们可以加上一个超时时间，这时就可以使用 poll 机制。
- ① APP 不知道驱动程序中是否有数据，可以先调用 poll 函数查询一下，poll 函数可以传入超时时间；
- ② APP 进入内核态，
调用到驱动程序的 poll 函数，如果有数据的话立刻返回； - ③ 如果发现没有数据时就休眠一段时间；
- ④ 当有数据时，比如当按下按键时，驱动程序的中断服务程序被调用，它会记录数据、唤醒 APP；
- ⑤ 当超时时间到了之后，内核也会唤醒 APP；
- ⑥ APP
根据 poll 函数的返回值就可以知道是否有数据，如果有数据就调用read 得到数据。
会调用两次poll函数
APP执行过程
从③开始看。假设一开始无按键数据但后面有按键中断：
- ③PP 调用 poll 之后，进入内核态；
- ④致驱动程序的 drv_poll 被调用；【把线程放入wq，但未想休眠，返回event状态】
- ⑤当前没有数据，则休眠一会；【在内核中休眠，而不是在驱动中休眠】
- ⑥过程中，按下了按键，发生了中断；【在中断服务程序里记录了按键值，并且从 wq 中把线程唤醒了】
- ⑦从休眠中被唤醒，继续执行 for 循环，再次调用 drv_poll：【drv_poll 返回数据状态】
- ⑧如果有数据，则从内核态返回到应用态
- ⑨APP 调用 read 函数读数据
如果一直没有数据，流程如下：
- ③ APP 调用 poll 之后，进入内核态；
- ④ 导致驱动程序的 drv_poll 被调用：
- ⑤ 假设当前没有数据，则休眠一会；
- ⑥ 在休眠过程中，一直没有按下了按键，超时时间到：内核把这个线程唤醒；
- ⑦ 线程从休眠中被唤醒，继续执行 for 循环，再次调用 drv_poll：drv_poll 返回数据状态
- ⑧ 虽然没有数据，但是超时时间到了，则从内核态返回到应用态
- ⑨ APP 不能调用 read 函数读数据
注意几点：
- drv_poll 要把线程挂入队列 wq，但是并不是在 drv_poll 中进入休眠，而是在调用 drv_poll 之后休眠
- drv_poll 要返回数据状态
- APP 调用一次 poll，有可能会导致 drv_poll 被调用 2 次
- 线程被唤醒的原因有 2：中断发生了去队列 wq 中把它唤醒，超时时间到了内核把它唤醒
-APP 要判断 poll 返回的原因：判断是有数据，还是超时。有数据时再去调用 read函数。
驱动使用的函数
使用 poll 机制时，驱动程序的核心就是提供对应的 drv_poll 函数。在drv_poll 函数中要做 2 件事：
① 把当前线程挂入队列 wq：poll_wait
- a) APP 调用一次 poll，可能导致 drv_poll 被调用 2 次，但是我们并不需要把当前线程挂入队列 2 次。
- b) 可以使用内核的函数 poll_wait 把线程挂入队列，如果线程已经在队列里了，它就不会再次挂入。
② 返回设备状态：
APP 调用 poll 函数时，有可能是查询“有没有数据可以读”：POLLIN，也有可能是查询“你有没有空间给我写数据”：POLLOUT。
所以 drv_poll 要返回自己的当前状态：(POLLIN | POLLRDNORM) 或 (POLLOUT | POLLWRNORM)。
- a) POLLRDNORM 等同于 POLLIN，为了兼容某些 APP 把它们一起返回。
- b) POLLWRNORM 等同于 POLLOUT ，为了兼容某些 APP 把它们一起返回。
APP 调用 poll 后，很有可能会休眠。对应的，在按键驱动的中断服务程序中，也要有唤醒操作。驱动程序中 poll 的代码如下：
static unsigned int gpio_key_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
poll_wait(fp, &gpio_key_wait, wait);
return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
}
应用使用的函数
APP 可以调用 poll 或 select 函数，这 2 个函数的作用是一样的。poll/select 函数可以监测多个文件，可以监测多种事件：
pollfd结构体
struct pollfd
{
int fd;
short events;//等待发生的事件类型
short revents; //检测之后返回的事件，当某个文件描述符有变化时，值就不为空
}
poll函数
#include 参数说明：
- fds 是一个struct pollfd类型的指针，用于存放需要检测其状态的socket描述符
- nfds 是nfd_t类型的参数，用于标记fds数组中结构体元素的数量
- timeout 没有接受事件时等待的事件，单位毫秒，若值为-1，则永远不会超时
poll机制会判断fds中的文件是否满足条件，如果休眠时间内条件满足则会唤醒进程；超过休眠时间，条件一直不满足则自动唤醒。
- 返回值>0：fds中准备好读写，或出错状态的那些socket描述符；
- 返回值=0：fds中没有socket描述符需要读写或出错；此时poll超时，时长为timeout；
- 返回值=-1：调用失败。
事件类型
| 事件类型 | 说明 |
|---|---|
| POLLIN | 有数据可读 |
| POLLRDNORM | 等同于 POLLIN |
| POLLRDBAND | Priority band data can be read，有优先级较较高的“band data”可读Linux 系统中很少使用这个事件 |
| POLLPRI | 高优先级数据可读 |
| POLLOUT | 可以写数据 |
| POLLWRNORM | 等同于 POLLOUT |
| POLLWRBAND | Priority data may be written |
| POLLERR | 发生了错误 |
| POLLHUP | 挂起 |
| POLLNVAL | 无效的请求，一般是 fd 未 open |
实例：
struct pollfd fds[1];
int timeout_ms = 5000;
int ret;
fds[0].fd = fd;
fds[0].events = POLLIN;
ret = poll(fds, 1, timeout_ms);//返回就绪事件的个数
if ((ret == 1) && (fds[0].revents == POLLIN))
{
read(fd, &val, 4);
printf("get button : 0x%x\n", val);
}
实现原理
内核将用户的fds结构体数组拷贝到内核中。当有事件发生时，再将所有事件都返回到fds结构体数组中，poll只返回已就绪事件的个数，所以用户要操作就绪事件就要用轮询的方法。
poll方式的按键驱动程序(stm32mp157)
相比于休眠唤醒的程序，只需要调用在file_operations 结构体里面添加poll函数，使用 poll 机制时，驱动程序的核心就是提供对应的 drv_poll 函数。在drv_poll 函数中要做 2 件事：一个是挂入队列，一个是返回状态
gpio_key_drv.c
#include button_test.c
#include \n" , argv[0]);
return -1;
}
/* 2. 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
fds[0].fd = fd;
fds[0].events = POLLIN;
while (1)
{
/* 3. 读文件 */
ret = poll(fds, 1, timeout_ms);
if ((ret == 1) && (fds[0].revents & POLLIN))
{
read(fd, &val, 4);
printf("get button : 0x%x\n", val);
}
else
{
printf("timeout\n");
}
}
close(fd);
return 0;
}
Makefile
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = /home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Linux-5.4
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
$(CROSS_COMPILE)gcc -o button_test button_test.c
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order button_test
# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o
obj-m += gpio_key_drv.o
修改设备树文件
对于一个引脚要用作中断时，
- a) 要通过 PinCtrl 把它设置为 GPIO 功能；【ST 公司对于 STM32MP157 系列芯片，GPIO 为默认模式 不需要再进行配置Pinctrl 信息】
- b) 表明自身：是哪一个 GPIO 模块里的哪一个引脚【修改设备树】
打开内核的设备树文件：arch/arm/boot/dts/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dts
gpio_keys_first {
compatible = "first_key,gpio_key";
gpios = <&gpiog 3 GPIO_ACTIVE_LOW
&gpiog 2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};
与此同时，需要把用到引脚的节点禁用
注意，如果其他设备树文件也用到该节点，需要设置属性为disabled状态，在arch/arm/boot/dts目录下执行如下指令查找哪些设备树用到该节点
grep "&gpiog" * -nr
如果用到该节点，需要添加属性去屏蔽：
status = "disabled";
编译测试
首先要设置 ARCH、CROSS_COMPILE、PATH 这三个环境变量后，进入 ubuntu 上板子内核源码的目录，在Linux内核源码根目录下，执行如下命令即可编译 dtb 文件：
make dtbs V=1
编译好的文件在路径由DTC指定，移植设备树到开发板的共享文件夹中，先保存源文件，然后覆盖源文件，重启后会挂载新的设备树，进入该目录查看是否有新添加的设备节点
cd /sys/firmware/devicetree/base
编译驱动程序，在Makefile文件目录下执行make指令，此时，目录下有编译好的内核模块gpio_key_drv.ko和可执行文件button_test文件移植到开发板上
确定一下烧录系统：cat /proc/mounts，查看boot分区挂载的位置，将其重新挂载在boot分区：mount /dev/mmcblk2p2 /boot，然后将共享文件夹里面的设备树文件拷贝到boot目录下，这样的话设备树文件就在boot目录下
cp /mnt/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dtb /boot
重启后挂载，运行
insmod -f gpio_key_drv.ko // 强制安装驱动程序
ls /dev/my_gpio_key
./button_test /dev/my_gpio_key & //后台运行，此时prink函数打印的内容看不到
然后按下按键