《驱动学习 - poll机制》
1.poll机制
上一节中使用中断的方式获取按键值，在应用程序中read的时候，如果没有按键中断，就会导致应用程序一直休眠。
优化：使用poll机制，在休眠5秒后，如果还没有按键中断，就返回。
linux系统再调用poll()函数时候，如果没有发生需要的事件，那么进程进入休眠。如果在限定的时间内得到需要的事件，那么成功返回，如果没有则返回超时错误信息。
poll函数原型：
int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout)
参数：
fds 可以传递多个结构体，也就是说可以监测多个驱动设备所产生的事件，只要有一个产生了请求事件，就能立即返回
struct pollfd {
int fd; /* 文件描述符 */
short events; /* 请求的事件类型，监视驱动文件的事件掩码 */
short revents; /* 驱动文件实际返回的事件 */
} ;
nfds 监测驱动文件的个数
timeout 超时时间，单位为ms
事件类型events 可以为下列值：
- POLLIN 有数据可读
- POLLRDNORM 有普通数据可读，等效与POLLIN
- POLLPRI 有紧迫数据可读
- POLLOUT 写数据不会导致阻塞
- POLLER 指定的文件描述符发生错误
- POLLHUP 指定的文件描述符挂起事件
- POLLNVAL 无效的请求，打不开指定的文件描述符
返回值：
有事件发生 返回revents域不为0的文件描述符个数（也就是说事件发生，或者错误报告）
超时 返回0；
失败 返回-1，并设置errno为错误类型
2.解析poll函数
poll函数对应的系统调用：sys_poll
在老的内核中是：sys_poll，可以找的到相对应的源码。
在新的内核中是：SYSCALL_DEFINE3（），是一个宏定义。具体后面有时间再分析
sys_poll之后会调用do_sys_poll
int do_sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds, struct timespec *end_time) { ............. 略 poll_initwait(&table); fdcount = do_poll(nfds, head, &table, end_time); .............略 }
poll_initwait函数
void poll_initwait(struct poll_wqueues *pwq) { init_poll_funcptr(&pwq->pt, __pollwait); pwq->polling_task = current; pwq->triggered = 0; pwq->error = 0; pwq->table = NULL; pwq->inline_index = 0; }
只是将table进行一个初始化操作
poll_initwait->
init_poll_funcptr
static inline void init_poll_funcptr(poll_table *pt, poll_queue_proc qproc) { pt->qproc = qproc; pt->key = ~0UL; /* all events enabled */ }
所以table->pt->qproc = qproc。qproc = __pollwait。是一个函数指针。在后面驱动程序中会调用。
pollwait函数：
static void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address, poll_table *p) { struct poll_wqueues *pwq = container_of(p, struct poll_wqueues, pt); struct poll_table_entry *entry = poll_get_entry(pwq); if (!entry) return; get_file(filp); entry->filp = filp; entry->wait_address = wait_address; entry->key = p->key; init_waitqueue_func_entry(&entry->wait, pollwake); entry->wait.private = pwq; add_wait_queue(wait_address, &entry->wait); }
接下来分析do_poll函数：
struct poll_wqueues *wait, struct timespec *end_time)
{
/* 略 */
for (;;) {
/*略*/
if (do_pollfd(pfd, pt)) { //实际调用mask = file->f_op->poll(file, pwait)； return mask;
//其中的poll也就是file_operations中的poll，也就是调用驱动程序中的poll
count++; //当do_pollfd返回的是非0的mask，那么count就++
pt = NULL;
}
}
}
//跳出死循环的条件，count非0或者timed_out=1即超时。count非0就代表着驱动程序中的poll函数中的mask返回中断触发值
if (count || timed_out)
break; //break之后，就会回到应用程序
if (!poll_schedule_timeout(wait, TASK_INTERRUPTIBLE, to, slack))
timed_out = 1;
}
return count;
}
3.poll驱动程序
static unsigned forth_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; }
poll_wait的时候，只是调用了p->qproc(filp, wait_address, p)，也就是调用了__pollwait函数。把当前的进程挂到button_waitq队列里去，它并不会休眠。
那么什么时候会进入休眠呢？
在执行do_poll的时候，当运行poll_schedule_timeout(wait, TASK_INTERRUPTIBLE, to, slack)就会进入休眠。
在哪里唤醒休眠？
在中断服务函数中。
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 */ return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED); }
总结：
当应用程序调用poll函数，就会调用sys_poll，然后调用do_sys_poll。
在do_sys_poll中有两个相关函数：poll_initwait和do_poll
poll_initwait主要作用初始化，然后将__pollwait函数赋给一个函数指针，然后再poll驱动程序中可以使用，作用就是将进程添加到队列。
do_poll主要在一个死循环中：
根据do_pollfd去调用file->f_op->poll(file, pwait)，其实也就是调用file_operations结构体中的poll，也就是我们编写的poll驱动程序。
根据poll驱动程序返回的值mask，如果非0，则执行poll_schedule_timeout(wait, TASK_INTERRUPTIBLE, to, slack)进入休眠。
所以poll驱动程序是不进入休眠，只是将进程添加到队列中。
注意：poll_schedule_timeout(wait, TASK_INTERRUPTIBLE, to, slack)的第二个参数为TASK_INTERRUPTIBLE，表示它总是让进程休眠到超时(如果设置了超时)为止，并可被中断。
唤醒休眠：
1.当发生中断的时候。由于我们在中断服务程序中调用了唤醒函数，则程序就从刚休眠的地方poll_schedule_timeout运行，因为不是超时引起的，则timed_out不会被置为1，
然后重复死循环，进入do_pollfd函数调用poll驱动程序。由于当中断服务程序中已经将ev_press置为1，在poll驱动程序中mask被赋值为 mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
然后do_poll中的count++，然后break出死循环，回到应用程序。
2.没用发生中断直到超时。也就是poll_schedule_timeout一直休眠，然后超时导致timed_out置1，然后重复死循环的时候，通过if (count || timed_out)条件判断，break出死循环。
5.完成的代码
#include <linux/module.h> #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 *forthdrv_class; static struct class_device *forthdrv_class_dev; //volatile unsigned long *gpfcon; //volatile unsigned long *gpfdat; static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq); /* 中断事件标志, 中断服务程序将它置1，forth_drv_read将它清0 */ static volatile int ev_press = 0; 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; /* * K1,K2,K3,K4对应GPG0，GPG3，GPG5，GPG6 */ struct pin_desc pins_desc[4] = { {S3C2410_GPG0, 0x01}, {S3C2410_GPG3, 0x02}, {S3C2410_GPG5, 0x03}, {S3C2410_GPG6, 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 */ return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED); } static int forth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file) { /* GPG0，GPG3，GPG5，GPG6为中断引脚: EINT8,EINT11,EINT13,EINT14 */ request_irq(IRQ_EINT8, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "K1", &pins_desc[0]); request_irq(IRQ_EINT11, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "K2", &pins_desc[1]); request_irq(IRQ_EINT13, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "K3", &pins_desc[2]); request_irq(IRQ_EINT14, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "K4", &pins_desc[3]); return 0; } ssize_t forth_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 forth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file) { free_irq(IRQ_EINT8, &pins_desc[0]); free_irq(IRQ_EINT11, &pins_desc[1]); free_irq(IRQ_EINT13, &pins_desc[2]); free_irq(IRQ_EINT14, &pins_desc[3]); return 0; } static unsigned forth_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 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 = forth_drv_open, .read = forth_drv_read, .release = forth_drv_close, .poll = forth_drv_poll, }; int major; static int forth_drv_init(void) { major = register_chrdev(0, "forth_drv", &sencod_drv_fops); forthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "forth_drv"); forthdrv_class_dev = class_device_create(forthdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons"); /* /dev/buttons */ // gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16); // gpfdat = gpfcon + 1; return 0; } static void forth_drv_exit(void) { unregister_chrdev(major, "forth_drv"); class_device_unregister(forthdrv_class_dev); class_destroy(forthdrv_class); // iounmap(gpfcon); return 0; } module_init(forth_drv_init); module_exit(forth_drv_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <poll.h> /* forthdrvtest */ int main(int argc, char **argv) { int fd; unsigned char key_val; int ret; struct pollfd fds[1]; fd = open("/dev/buttons", O_RDWR); if (fd < 0) { printf("can't open!\n"); } fds[0].fd = fd; fds[0].events = POLLIN; while (1) { ret = poll(fds, 1, 5000); if (ret == 0) { printf("time out\n"); } else { read(fd, &key_val, 1); printf("key_val = 0x%x\n", key_val); } } return 0; }
