技術標籤：linuxlinux嵌入式驅動程式

linux應用程式獲取驅動資料

一、應用程式獲取驅動資料的幾種方式和他們的關係

Linux應用層的程式獲取驅動層的資料有幾種方式：1、查詢 2、阻塞 3、非阻塞 4、非同步通知。查詢、阻塞、非阻塞都是應用層程式主動去獲取驅動層的資料，非同步通知是驅動主動告知應用程式。

多說一句，為什麼應用程式主動去獲取驅動程式要分查詢、阻塞、非阻塞那麼多種，這是多工系統和驅動資料非實時性的性質決定的，一個應用程式，只是系統執行的其中一個任務，如果驅動程式一直沒有資料返回，用查詢死等的方式，就會導致這個應用程式的CPU佔有率很高導致其他任務很卡。因此引入了阻塞的概念，就是資料還沒準備好時，該應用程式進入休眠，把CPU資源讓給別的任務，直到資料準備好。而非阻塞相比阻塞還多了一個定時喚醒的機制，允許休眠等待一段時間該應用程式能喚醒處理別的事情，不一定要一直掛在那裡等資料。

這幾種方式的關係簡單描述如下：

二、獲取資料的程式示例和機制

• 查詢就是簡單的讀不做詳細說明

• 阻塞

用到了休眠喚醒和等待佇列的程式機制，下面是示例程式碼：

1、在驅動初始化函式初始化等待佇列頭
Wait_queue_head_t	r_wait;  //定義等待佇列頭
init_waitqueue_head(&r_wait);   //初始化佇列頭

2、在驅動讀取函式定義等待佇列項並新增到佇列頭並進行任務切換
DECLARE_WAITQUEUE(wait,current);	//定義等待佇列項
add_wait_queue(&r_wait, &wait);   //新增等待佇列項到等待佇列頭
__set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);  // 設定任務狀態
schedule();   //進行任務切換
__set_current_state(TASK_RUNNING);   //設定任務為執行狀態
remove_wait_queue(&r_wait, &wait);   //移除等待佇列項

3、在驅動函式中斷裡面呼叫喚醒佇列函式
wake_up_interruptible(&r_wait);  //喚醒程序
 

• 非阻塞

該方式就是輪詢，linux下可以用poll、select處理輪詢。應用程式通過select或poll函式來查詢裝置是否可以操作，如果可以操作的話就從裝置讀取或者向裝置寫入資料。當應用程式呼叫select或poll函式的時候裝置驅動程式中的poll函式就會執行，因此需要在裝置驅動程式中編寫poll函式。下面是他們的介紹：

Select應用程式示例程式碼：

void main(void) 
{ 
int ret, fd; /* 要監視的檔案描述符 */ 
fd_set readfds; /* 讀操作檔案描述符集 */ 
struct timeval timeout; /* 超時結構體 */ 

fd = open("dev_xxx", O_RDWR | O_NONBLOCK); /* 非阻塞式訪問 */ 

FD_ZERO(&readfds); /* 清除readfds */ 
FD_SET(fd, &readfds); /* 將fd新增到readfds裡面 */ 
 
/* 構造超時時間 */ 
timeout.tv_sec = 0; 
timeout.tv_usec = 500000; /* 500ms */ 

ret = select(fd + 1, &readfds, NULL, NULL, &timeout); 
switch (ret) { 
case 0: /* 超時 */ 
printf("timeout!\r\n"); 
break; 
case -1: /* 錯誤 */ 
printf("error!\r\n"); 
break; 
default: /* 可以讀取資料 */ 
if(FD_ISSET(fd, &readfds)) { /* 判斷是否為fd檔案描述符 */ 
/* 使用read函式讀取資料 */ 
} 
break; 
} 
} 

Poll應用程式示例程式碼：

void main(void) 
{ 
int ret; 
int fd; /* 要監視的檔案描述符 */ 
struct pollfd fds; 

fd = open(filename, O_RDWR | O_NONBLOCK); /* 非阻塞式訪問 */ 
 
/* 構造結構體 */ 
fds.fd = fd; 
fds.events = POLLIN; /* 監視資料是否可以讀取 */ 
 
ret = poll(&fds, 1, 500); /* 輪詢檔案是否可操作，超時500ms */ 
if (ret) { /* 資料有效 */ 
...... 
/* 讀取資料 */ 
...... 
} else if (ret == 0) { /* 超時 */ 
...... 
} else if (ret < 0) { /* 錯誤 */ 
...... 
} 
} 

Linux驅動下的poll操作函式

驅動示例程式碼：

3.1、在驅動讀取函式加入非阻塞讀取分支
if (filp->f_flags & O_NONBLOCK) 

3.2、新增裝置操作函式
static struct file_operations xxx_fops = { 
.owner = THIS_MODULE, 
.open = xxx_open, 
.read = xxx_read, 
.poll = xxx_poll, 
}; 

3.3、編寫驅動poll函式
unsigned int xxx_poll(struct file *filp, struct poll_table_struct *wait) 
{ 
unsigned int mask = 0; 

poll_wait(filp, &r_wait, wait); 
 
if(atomic_read(xxx)) { /* 按鍵按下 */ 
mask = POLLIN | POLLRDNORM; /* 返回PLLIN */ 
} 
return mask; 
}

• 非同步通知

非同步通知的核心是訊號，訊號類似於硬體的中斷的機制。

我們使用中斷的時候需要設定中斷處理函式，同樣的，如果要在應用程式中使用訊號，那麼就必須設定訊號所使用的訊號處理函式，在應用程式中使用signal函式來設定指定訊號的處理函式。

示例程式碼：

#include "stdlib.h" 
#include "stdio.h" 
#include "signal.h" 

void sigint_handler(int num) 
{ 
printf("xxx"); 
exit(0); 
} 
 
int main(void) 
{ 
signal(SIGINT, sigint_handler); 
while(1); 
return 0; 
} 

驅動中的訊號處理

1、定義一個fasync_struct結構體

struct fasync_struct {

spinlock_t fa_lock;

int magic;

int fa_fd;

struct fasync_struct *fa_next;

struct file *fa_file;

struct rcu_head fa_rcu;

};

2、在file_operations操作集中實現fasync函式

int (*fasync) (int fd, struct file *filp, int on)

fasync函式裡面一般通過呼叫fasync_helper函式來初始化前面定義的fasync_struct結構體指標，fasync_helper函式原型如下：

int fasync_helper(int fd, struct file * filp, int on, struct fasync_struct **fapp)

fasync_helper函式的前三個引數就是fasync函式的那三個引數，第四個引數就是要初始化的fasync_struct結構體指標變數。

驅動中的fasync函式示例：

struct xxx_dev {
......
struct fasync_struct *async_queue; /* 非同步相關結構體 */
};


static int xxx_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
{
struct xxx_dev *dev = (xxx_dev)filp->private_data;
if (fasync_helper(fd, filp, on, &dev->async_queue) < 0)
return -EIO;
return 0;
}

//在關閉驅動檔案的時候需要在file_operations操作集中的release函式中釋放fasync_struct，
//fasync_struct的釋放函式同樣為fasync_helper，release函式引數參考例項如下：
static int xxx_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return xxx_fasync(-1, filp, 0); /* 刪除非同步通知 */
}

static struct file_operations xxx_ops = {
......
.fasync = xxx_fasync,
.release = xxx_release,
......
};

3、通過kill_fasync傳送訊號

應用程式的訊號處理

1、註冊訊號處理函式

2、將本應用程式的程序號告訴給核心

使用fcntl(fd, F_SETOWN, getpid())將本應用程式的程序號告訴給核心。

3、開啟非同步通知

flags = fcntl(fd, F_GETFL); /* 獲取當前的程序狀態*/

fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC); /* 開啟當前程序非同步通知功能*/

重點就是通過fcntl函式設定程序狀態為FASYNC，經過這一步，驅動程式中的fasync函式就會執行。

示例程式碼：

static void xxx_signal_func(int signum) 
{ 
......
}

int main(int argc, char *argv[]) 
{
......
fd = open(filename, O_RDWR);
 
/* 設定訊號SIGIO的處理函式 */ 
signal(SIGIO, sigio_signal_func); 
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); /* 將當前程序的程序號告訴給核心 */ 
flags = fcntl(fd, F_GETFD); /* 獲取當前的程序狀態 */ 
fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);/* 設定程序啟用非同步通知功能 */ 
......

}