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嵌入式系统驱动初级【3】——字符设备驱动基础中_IO模型
2022-08-04 05:21:00 【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);
/*release函数中释放异步通知结构对象*/
if (dev->pasync_obj)
fasync_helper(-1, filp, 0, &dev->pasync_obj);
int fasync_helper(int fd, struct file *filp, int mode, struct fasync_struct **pp);
/*
功能:产生或释放异步通知结构对象
参数:
返回值:成功为>=0,失败负数
*/
void kill_fasync(struct fasync_struct **, int, int);
/*
功能:发信号
参数:
struct fasync_struct ** 指向保存异步通知结构地址的指针
int 信号 SIGIO/SIGKILL/SIGCHLD/SIGCONT/SIGSTOP
int 读写信息POLLIN、POLLOUT
*/
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