一、异步通知机制
从按键的实现方式来说，可以分为以下几种方式
- 查询方式，极度耗费CPU资源
- 中断方式，平时休眠，按键按下，唤醒休眠
- poll机制，不需要一直read，根据poll返回值来决定是否read
以上都是应用程序主动去read。
下面来介绍异步通知实现按键，由驱动程序，提醒应用程序有按键按下了，告诉应用程序现在需要去read了。
1测试应用程序，命令行发信号
（1）进程间发信号如何实现呢：
我们可以通过ps查看某个应用程序的PID是多少。然后执行：
Kill -9 PID来杀死这个应用程序进程。当然我们可以自定义一些信号类型，发送给应用程序，执行相应的方法。
（2）我们写一个测试应用程序，然后给这个应用程序发信号，当应用程序收到这个信号后，执行配置好的方法，代码如下：
#include <stdio.h>（3）编译测试
#include <signal.h>
void my_signal_fun(int signum)
{
static int cnt = 0;
printf("signal = %d, %d times\n", signum, ++cnt);
}
int main(int argc, char **argv)
{
signal(SIGUSR1, my_signal_fun);
while (1)
{
sleep(1000);
}
return 0;
}
arm-linux-gcc -o signaltest signal.c
cp signaltest /work/nfs_root/
# ./signaltest &
Kill –USR1 791
Kill -9 791：退出PID=791的应用程序（-9是默认的）
信号和中断有点像，都有一个回调函数，当事件发生后调用这个函数。
2修改按键驱动程序，由驱动给应用程序发信号。首先明确要素：
- 要注册一个信号处理函数
- 发信号
- 发给谁
- 怎么发
内核中搜索kill_fasync参考rtc字符设备：
来写button_async相关的初始化内容。并在file_operations中加入.fasync函数定义，以便应用程序中可以调用。
应用程序如何调用fasync函数呢？
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());// fcntl的F_SETOWN指令设置当前进程为设备文件owner，告诉内核发给谁，当前进程
Oflags = fcntl(fd, F_GETFL); //获取fd的打开方式
//将fd的打开方式设置为FASYNC --- 即 支持异步通知
//该行代码执行会触发 驱动程序中 file_operations->fasync 函数 ------fasync函数
//调用fasync_helper初始化一个fasync_struct结构体，该结构体描述了将要发送信号的进程PID (fasync_struct->fa_file->f_owner->pid)
fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC); //改变flag 此时驱动会调用fifth_drv_fasync函数 对button_async进行初始化
当调用fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);的时候会调用到驱动中的fifth_drv_fasync函数，对button_async初始化
当按键按下时，会出发中断处理函数buttons_irq执行，此时kill_fasync会执行，会向应用程序发SIGIO信号，发给哪个应用程序呢？（fasync_struct）button_async指定了PID.触发应用程序的SIGIO信号处理函数 。因此button_async这个结构体一定要提前初始化，告诉PID号。
因此在驱动程序中加了这个函数：fifth_drv_fasync，一遍应用程序来调用。fifth_drv_fasync函数中调用fasync_helper (fd, filp, on, &button_async)函数来初始化button_async这个变量。fd是当前应用程序，含有了进程的PID信息。
（1）驱动程序如下
#include <linux/module.h>（2）测试程序
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/hardware.h>
#include <linux/poll.h>
static struct class *fifthdrv_class;
static struct class_device *fifthdrv_class_dev;
volatile unsigned long *gpfcon;
volatile unsigned long *gpfdat;
volatile unsigned long *gpgcon;
volatile unsigned long *gpgdat;
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);
/* 中断事件标志, 中断服务程序将它置1，fifth_drv_read将它清0 */
static volatile int ev_press = 0;
static struct fasync_struct *button_async;
struct pin_desc{
unsigned int pin;
unsigned int key_val;
};
/* 键值: 按下时, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04 */
/* 键值: 松开时, 0x81, 0x82, 0x83, 0x84 */
static unsigned char key_val;
struct pin_desc pins_desc[4] = {
{S3C2410_GPF0, 0x01},
{S3C2410_GPF2, 0x02},
{S3C2410_GPG3, 0x03},
{S3C2410_GPG11, 0x04},
};
/*
* 确定按键值
*/
static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)
{
struct pin_desc * pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;
unsigned int pinval;
pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);
if (pinval)
{
/* 松开 */
key_val = 0x80 | pindesc->key_val;
}
else
{
/* 按下 */
key_val = pindesc->key_val;
}
ev_press = 1; /* 表示中断发生了 */
wake_up_interruptible(&button_waitq); /* 唤醒休眠的进程 */
//发送信号SIGIO信号给fasync_struct 结构体所描述的PID，触发应用程序的SIGIO信号处理函数
kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN);
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
static int fifth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
/* 配置GPF0,2为输入引脚 */
/* 配置GPG3,11为输入引脚 */
request_irq(IRQ_EINT0, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S2", &pins_desc[0]);
request_irq(IRQ_EINT2, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S3", &pins_desc[1]);
request_irq(IRQ_EINT11, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S4", &pins_desc[2]);
request_irq(IRQ_EINT19, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S5", &pins_desc[3]);
return 0;
}
ssize_t fifth_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
if (size != 1)
return -EINVAL;
/* 如果没有按键动作, 休眠 */
wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);
/* 如果有按键动作, 返回键值 */
copy_to_user(buf, &key_val, 1);
ev_press = 0;
return 1;
}
int fifth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
free_irq(IRQ_EINT0, &pins_desc[0]);
free_irq(IRQ_EINT2, &pins_desc[1]);
free_irq(IRQ_EINT11, &pins_desc[2]);
free_irq(IRQ_EINT19, &pins_desc[3]);
return 0;
}
static unsigned fifth_drv_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{
unsigned int mask = 0;
poll_wait(file, &button_waitq, wait); // 不会立即休眠
if (ev_press)
mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
return mask;
}
static int fifth_drv_fasync (int fd, struct file *filp, int on)
{
printk("driver: fifth_drv_fasync\n");
return fasync_helper (fd, filp, on, &button_async);
}
static struct file_operations sencod_drv_fops = {
.owner = THIS_MODULE, /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
.open = fifth_drv_open,
.read = fifth_drv_read,
.release = fifth_drv_close,
.poll = fifth_drv_poll,
.fasync = fifth_drv_fasync,
};
int major;
static int fifth_drv_init(void)
{
major = register_chrdev(0, "fifth_drv", &sencod_drv_fops);
fifthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "fifth_drv");
fifthdrv_class_dev = class_device_create(fifthdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons"); /* /dev/buttons */
gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16);
gpfdat = gpfcon + 1;
gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16);
gpgdat = gpgcon + 1;
return 0;
}
static void fifth_drv_exit(void)
{
unregister_chrdev(major, "fifth_drv");
class_device_unregister(fifthdrv_class_dev);
class_destroy(fifthdrv_class);
iounmap(gpfcon);
iounmap(gpgcon);
return 0;
}
module_init(fifth_drv_init);
module_exit(fifth_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
/* fifthdrvtest
*/
int fd;
void my_signal_fun(int signum)
{
unsigned char key_val;
read(fd, &key_val, 1);
printf("key_val: 0x%x\n", key_val);
}
int main(int argc, char **argv)
{
unsigned char key_val;
int ret;
int Oflags;
signal(SIGIO, my_signal_fun);// 在应用程序中捕捉SIGIO信号（由驱动程序发送）接收到SIGIO信号时 执行my_signal_fun函数
fd = open("/dev/buttons", O_RDWR);
if (fd < 0)
{
printf("can't open!\n");
}
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); //告诉内核发给谁，当前进程 fcntl的F_SETOWN指令设置当前进程为设备文件owner
Oflags = fcntl(fd, F_GETFL); //获取fd的打开方式
//将fd的打开方式设置为FASYNC --- 即 支持异步通知
//该行代码执行会触发 驱动程序中 file_operations->fasync 函数 ------fasync函数
//调用fasync_helper初始化一个fasync_struct结构体，该结构体描述了将要发送信号的进程PID (fasync_struct->fa_file->f_owner->pid)
fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC); //改变flag 此时驱动会调用fifth_drv_fasync函数 对button_async进行初始化
while (1)
{
sleep(1000);
}
return 0;
}
运行结果：
1.kill -9 pid 杀死某个应用程序进程
2. man 函数名：查看函数所需的头文件和使用方法
3.fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);的调用会调用内核中的.fasync= fifth_drv_fasync,函数。并非应用于驱动中的名字完全一致。
fcntl系统调用
int fcntl(int fd, int cmd, long arg);
fcntl的作用是改变一个已打开文件的属性，fd是要改变的文件的描述符，cmd是命令罗列如下：
F_DUPFD, F_GETFD, F_SETFD, F_GETFL, F_SETFL, F_SETLK, F_SETLKW, F_GETLK, F_GETOWN, F_SETOWN
本节只关心F_SETOWN（设置异步IO所有权），F_GETFL（获取文件flags），F_SETFL（设置文件flags）
arg是要改变的属性内容
二、原子操作
(1)同一时刻只能有一个应用程序打开 /dev/buttons
常规思想的漏洞
（2）原子操作
读出 修改返回 不能被打断
原子操作指的是在执行过程中不会被别的代码路径所中断的操作。
常用原子操作函数举例：
atomic_t v = ATOMIC_INIT(0); //定义原子变量v并初始化为0
atomic_read(atomic_t *v); //返回原子变量的值
void atomic_inc(atomic_t *v); //原子变量增加1
void atomic_dec(atomic_t *v); //原子变量减少1
int atomic_dec_and_test(atomic_t *v); //自减操作后测试其是否为0，为0则返回true，否则返回false。
（3）代码中：static atomic_t canopen =ATOMIC_INIT(1); //定义原子变量并初始化为1
static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file){
if (!atomic_dec_and_test(&canopen))//判断 自减操作后测试其是否为0
{
atomic_inc(&canopen);//加1操作
return -EBUSY;
}。。
}
三、互斥
（1）信号量
信号量（semaphore）是用于保护临界区的一种常用方法，只有得到信号量的进程才能执行临界区代码。
当获取不到信号量时，进程进入休眠等待状态。
定义信号量
struct semaphore sem;
初始化信号量
void sema_init (struct semaphore *sem, intval);
void init_MUTEX(struct semaphore *sem);//初始化为0
static DECLARE_MUTEX(button_lock); //定义互斥锁
获得信号量
void down(struct semaphore * sem);//没返回值
int down_interruptible(struct semaphore *sem);
int down_trylock(struct semaphore * sem);//有返回值
释放信号量
void up(struct semaphore * sem);
（2）
static DECLARE_MUTEX(button_lock); //定义互斥锁
static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file){
/*获取信号量 */
//第一次获取的话可以获取信号量，第二次不能获取，会休眠（只有第一个应用释放掉信号量才会唤醒）。
down(&button_lock);
}
释放：
int sixth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
up(&button_lock);
}
四、阻塞与非阻塞
阻塞非阻塞只不过是两种处理方式而已。open是传入参数。
阻塞：不反回
非阻塞：立刻返回
（1）实现方法open传入标志，驱动中对标志处理
默认为阻塞
非阻塞：
fd = open("/dev/buttons", O_RDWR | O_NONBLOCK);
（2）
非阻塞：判断是否有按键按下，没有就返回
阻塞：判断是否有按键按下，没有就休眠
filp->f_flags& O_NONBLOCK 中，O_NONBLOCK表示不等待，struct file结构体描述了文件描述符，即一个打开的文件（包括设备文件）信息，如果一个文件描述符设置了O_NONBLOCK，表示非阻塞的操作，显然，非阻塞操作的意思是，操作这个文件，例如读，即使没有数据，读仍然不等待，而是返回-EAGAIN，-EAGAIN的意思是again的意思，即要求用户try again。
down_trylock：如果无法获取信号量就返回
（4）非阻塞应用
Open加上
fd = open("/dev/buttons", O_RDWR | O_NONBLOCK);
if (fd < 0)
{
printf("can't open!\n");
return -1;
}
while (1)
{
ret = read(fd, &key_val, 1);
printf("key_val: 0x%x, ret = %d\n", key_val, ret);
sleep(5);
}
五、按键--定时器去抖
1、定时器分析
（1）参数设置
超时时间：mod_timer(&buttons_timer, jiffies+HZ/100);jiffies+HZ 为1S 10MS ：HZ/100
处理函数：timer.function
（2）搜索add_timer；参考 Aha152x.c (drivers\scsi)
定义结构体
structtimer_list timer;
初始化
init_timer(&timer);
timer.function= (void (*)(unsigned long)) timer_expired;
使用
add_timer(&timer);//定时器告诉内核，超时时间到调用函数
（3）每个10MS系统时钟中断
（4）超时时间：
mod_timer(&buttons_timer,jiffies+HZ/100); /* 10ms后启动定时器 */
2、代码
（1）驱动代码
#include <linux/module.h>（2）测试程序
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/hardware.h>
#include <linux/poll.h>
static struct class *sixthdrv_class;
static struct class_device *sixthdrv_class_dev;
volatile unsigned long *gpfcon;
volatile unsigned long *gpfdat;
volatile unsigned long *gpgcon;
volatile unsigned long *gpgdat;
static struct timer_list buttons_timer;
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);
/* 中断事件标志, 中断服务程序将它置1，sixth_drv_read将它清0 */
static volatile int ev_press = 0;
static struct fasync_struct *button_async;
struct pin_desc{
unsigned int pin;
unsigned int key_val;
};
/* 键值: 按下时, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04 */
/* 键值: 松开时, 0x81, 0x82, 0x83, 0x84 */
static unsigned char key_val;
struct pin_desc pins_desc[4] = {
{S3C2410_GPF0, 0x01},
{S3C2410_GPF2, 0x02},
{S3C2410_GPG3, 0x03},
{S3C2410_GPG11, 0x04},
};
static struct pin_desc *irq_pd;
//static atomic_t canopen = ATOMIC_INIT(1); //定义原子变量并初始化为1
static DECLARE_MUTEX(button_lock); //定义互斥锁
/*
* 确定按键值
*/
static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)
{
/* 10ms后启动定时器 */
irq_pd = (struct pin_desc *)dev_id;//发生中断时的引脚ID
mod_timer(&buttons_timer, jiffies+HZ/100);//jiffies+HZ 为1S 10MS ：HZ/100
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
#if 0
if (!atomic_dec_and_test(&canopen))
{
atomic_inc(&canopen);
return -EBUSY;
}
#endif
if (file->f_flags & O_NONBLOCK)
{
if (down_trylock(&button_lock))
return -EBUSY;
}
else
{
/* 获取信号量 */
down(&button_lock);
}
/* 配置GPF0,2为输入引脚 */
/* 配置GPG3,11为输入引脚 */
request_irq(IRQ_EINT0, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S2", &pins_desc[0]);
request_irq(IRQ_EINT2, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S3", &pins_desc[1]);
request_irq(IRQ_EINT11, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S4", &pins_desc[2]);
request_irq(IRQ_EINT19, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S5", &pins_desc[3]);
return 0;
}
ssize_t sixth_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
if (size != 1)
return -EINVAL;
if (file->f_flags & O_NONBLOCK)
{
if (!ev_press)
return -EAGAIN;
}
else
{
/* 如果没有按键动作, 休眠 */
wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);
}
/* 如果有按键动作, 返回键值 */
copy_to_user(buf, &key_val, 1);
ev_press = 0;
return 1;
}
int sixth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
//atomic_inc(&canopen);
free_irq(IRQ_EINT0, &pins_desc[0]);
free_irq(IRQ_EINT2, &pins_desc[1]);
free_irq(IRQ_EINT11, &pins_desc[2]);
free_irq(IRQ_EINT19, &pins_desc[3]);
up(&button_lock);
return 0;
}
static unsigned sixth_drv_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{
unsigned int mask = 0;
poll_wait(file, &button_waitq, wait); // 不会立即休眠
if (ev_press)
mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
return mask;
}
static int sixth_drv_fasync (int fd, struct file *filp, int on)
{
printk("driver: sixth_drv_fasync\n");
return fasync_helper (fd, filp, on, &button_async);
}
static struct file_operations sencod_drv_fops = {
.owner = THIS_MODULE, /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
.open = sixth_drv_open,
.read = sixth_drv_read,
.release = sixth_drv_close,
.poll = sixth_drv_poll,
.fasync = sixth_drv_fasync,
};
int major;
static void buttons_timer_function(unsigned long data)
{
struct pin_desc * pindesc = irq_pd;
unsigned int pinval;
if (!pindesc)
return;
pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);
if (pinval)
{
/* 松开 */
key_val = 0x80 | pindesc->key_val;
}
else
{
/* 按下 */
key_val = pindesc->key_val;
}
ev_press = 1; /* 表示中断发生了 */
wake_up_interruptible(&button_waitq); /* 唤醒休眠的进程 */
kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN);
}
static int sixth_drv_init(void)
{
init_timer(&buttons_timer);
buttons_timer.function = buttons_timer_function;
//buttons_timer.expires = 0;//上来会产生
add_timer(&buttons_timer);
major = register_chrdev(0, "sixth_drv", &sencod_drv_fops);
sixthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "sixth_drv");
/* 为了让mdev根据这些信息来创建设备节点 */
sixthdrv_class_dev = class_device_create(sixthdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons"); /* /dev/buttons */
gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16);
gpfdat = gpfcon + 1;
gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16);
gpgdat = gpgcon + 1;
return 0;
}
static void sixth_drv_exit(void)
{
unregister_chrdev(major, "sixth_drv");
class_device_unregister(sixthdrv_class_dev);
class_destroy(sixthdrv_class);
iounmap(gpfcon);
iounmap(gpgcon);
return 0;
}
module_init(sixth_drv_init);
module_exit(sixth_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
#include <sys/types.h>（3）makefile
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
/* sixthdrvtest
*/
int fd;
void my_signal_fun(int signum)
{
unsigned char key_val;
read(fd, &key_val, 1);
printf("key_val: 0x%x\n", key_val);
}
int main(int argc, char **argv)
{
unsigned char key_val;
int ret;
int Oflags;
//signal(SIGIO, my_signal_fun);
fd = open("/dev/buttons", O_RDWR);
if (fd < 0)
{
printf("can't open!\n");
return -1;
}
//fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
//Oflags = fcntl(fd, F_GETFL);
//fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);
while (1)
{
ret = read(fd, &key_val, 1);
printf("key_val: 0x%x, ret = %d\n", key_val, ret);
//sleep(5);
}
return 0;
}
KERN_DIR = /work/system/linux-2.6.22.6
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order
obj-m += buttons.o