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Embedded system driver primary [3] - _IO model in character device driver foundation

2022-08-04 05:34:00 【imysy_22_】

一、五种IO模型------读写外设数据的方式

1. 阻塞: 不能操作就睡觉

2. 非阻塞：不能操作就返回错误

3. 多路复用：委托中介监控

4. 信号驱动：让内核如果能操作时发信号,在信号处理函数中操作

5. 异步IO：向内核注册操作请求,内核完成操作后发通知信号

二、阻塞与非阻塞

应用层：

open时由O_NONBLOCK指示read、write时是否阻塞

open以后可以由fcntl函数来改变是否阻塞：

flags = fcntl(fd,F_GETFL,0);

flags |= O_NONBLOCK;

fcntl(fd, F_SETFL, flags);

驱动层：通过等待队列

wait_queue_head_t //等待队列头数据类型



init_waitqueue_head(wait_queue_head_t *pwq) //初始化等待队列头

   

wait_event_interruptible(wq,condition)

功能：条件不成立则让任务进入浅度睡眠,直到条件成立醒来

wq:等待队列头

condition：C语言表达式

返回：正常唤醒返回0,信号唤醒返回非0（此时读写操作函数应返回-ERESTARTSYS）

wait_event(wq,condition) //深度睡眠



wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *pwq)

       

wake_up(wait_queue_head_t *pwq)
/*

1. 读、写用不同的等待队列头rq、wq

2. 无数据可读、可写时调用wait_event_interruptible(rq、wq,条件)

3. 写入数据成功时唤醒rq,读出数据成功唤醒wq

*/

三、多路复用

描述符：

1. 文件描述符：设备文件、管道文件

2. socket描述符

## 3.1 应用层：三套接口select、poll、epoll

select：位运算实现监控的描述符数量有限（32位机1024,64位机2048）效率差

poll：链表实现,监控的描述符数量不限效率差

epoll：效率最高,监控的描述符数量不限

select

int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds,fd_set *exceptfds, struct timeval *timeout);

/*  功能：监听多个描述符,阻塞等待有一个或者多个文件描述符,准备就绪.

        内核将没有准备就绪的文件描述符,从集合中清掉了.

    参数：  nfds           最大文件描述符数 ,加1

            readfds     读文件描述符集合

            writefds        写文件描述符集合

            exceptfds       其他异常的文件描述符集合

            timeout     超时时间（NULL）

    返回值：当timeout为NULL时返回0,成功:准备好的文件描述的个数  出错:-1

           当timeout不为NULL时,如超时设置为0,则select为非阻塞,超时设置 > 0,则无描述符可被操作的情况下阻塞指定长度的时间

*/

void FD_CLR(int fd, fd_set *set);

//功能：将fd 从集合中清除掉



int  FD_ISSET(int fd, fd_set *set);

//功能：判断fd 是否存在于集合中



void FD_SET(int fd, fd_set *set);

//功能：将fd 添加到集合中



void FD_ZERO(fd_set *set);

//功能：将集合清零



//使用模型:



while(1)

{

    /*得到最大的描述符maxfd*/

    /*FD_ZERO清空描述符集合*/

    /*将被监控描述符加到相应集合rfds里  FD_SET*/

    /*设置超时*/

    ret = select(maxfd+1,&rfds,&wfds,NULL,NULL);

    if(ret < 0)

    {

        if(errno == EINTR)//错误时信号引起的

        {

            continue;  

        }

        else

        {

            break;

        }

    }

    else if(ret == 0)

    {//超时

        //.....

    }

    else

    { //> 0 ret为可被操作的描述符个数

        if(FD_ISSET(fd1,&rfds))

        {//读数据

            //....

        }

        if(FD_ISSET(fd2,&rfds))

        {//读数据

            //....

        }

        ///.....

        if(FD_ISSET(fd1,&wfds))

        {//写数据

            //....

        }

    }

}

3.2 驱动层：实现poll函数

void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p);

/*功能：将等待队列头添加至poll_table表中

参数：struct file :设备文件

Wait_queue_head_t :等待队列头

Poll_table :poll_table表

/*该函数与select、poll、epoll_wait函数相对应,协助这些多路监控函数判断本设备是否有数据可读写*/

unsigned int xxx_poll(struct file *filp, poll_table *wait) //函数名初始化给struct file_operations的成员.poll

{

    unsigned int mask = 0;

    /*

        1. 将所有等待队列头加入poll_table表中

        2. 判断是否可读,如可读则mask |= POLLIN | POLLRDNORM;

        3. 判断是否可写,如可写则mask |= POLLOUT | POLLWRNORM;

    */

   

    return mask;

}

四、信号驱动

## 4.1 应用层：信号注册+fcntl

signal(SIGIO, input_handler); //注册信号处理函数



fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());//将描述符设置给对应进程,好由描述符获知PID



oflags = fcntl(fd, F_GETFL);

fcntl(fd, F_SETFL, oflags | FASYNC);//将该设备的IO模式设置成信号驱动模式



void input_handler(int signum)//应用自己实现的信号处理函数,在此函数中完成读写

{

    //读数据

}



//应用模板

int main()

{

    int fd = open("/dev/xxxx",O_RDONLY);



    fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());



    oflags = fcntl(fd, F_GETFL);

    fcntl(fd, F_SETFL, oflags | FASYNC);



    signal(SIGIO,xxxx_handler);



    //......

}

   

void xxxx_handle(int signo)

{//读写数据

   

}

## 4.2 驱动层：实现fasync函数

/*设备结构中添加如下成员*/

struct fasync_struct *pasync_obj;

/*应用调用fcntl设置FASYNC时调用该函数产生异步通知结构对象,并将其地址设置到设备结构成员中*/

static int hello_fasync(int fd, struct file *filp, int mode) //函数名初始化给struct file_operations的成员.fasync

{

struct hello_device * = filp->private_data;

return fasync_helper(fd, filp, mode, &dev->pasync_obj);

}

/*写函数中有数据可读时向应用层发信号*/

if (dev->pasync_obj)

kill_fasync(&dev->pasync_obj, SIGIO, POLL_IN);