【嵌入式Linux驱动开发】十、总结按键读取方法，初探异步通知概念

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发布时间：2019-04-28

本文共 2932 字，大约阅读时间需要 9 分钟。

生活不能等待别人来安排，要自己去争取和奋斗；而不论其结果是喜是悲，但可以慰藉的是，你总不枉在这世界上活了一场。有了这样的认识，你就会珍重生活，而不会玩世不恭；同时，也会给人自身注入一种强大的内在力量。

文章目录

通过本节可以了解到如下知识：

① 驱动的基本技能：中断、休眠、唤醒、 poll 等机制。

这些基本技能是驱动开发的基础，其他大型驱动复杂的地方是它的框架及设计思想，但是基本技术就这些。

② APP开发的基本技能：阻塞、非阻塞、休眠、 poll、异步通知。

一、按键读取方法

APP 去读取按键也有 4 种方法：

① 查询方式

② 休眠-唤醒方式(只能干这一件事)

③ poll 方式

④ 异步通知方式

第 2、 3、 4 种方法，都涉及中断服务程序。中断，就像小孩醒了会哭闹一样，中断不经意间到来，它会做某些事情：唤醒 APP、向 APP 发信号。所以，在按键驱动程序中，中断是核心。实际上，中断无论是在单片机还是在 Linux 中都很重要。在 Linux 中，中断的知识还涉及进程、线程等。

1.1、查询方式

驱动程序中构造、注册一个 file_operations 结构体，里面提供有对应的 open,read 函数。

APP 调用 open 时，导致驱动中对应的 open 函数被调用，在里面配置 GPIO 为输入引脚。APP 调用 read 时，导致驱动中对应的 read 函数被调用，它读取寄存器，把引脚状态直接返回给 APP。

1.2、休眠-唤醒方式

在这里插入图片描述

驱动程序中构造、注册一个 file_operations 结构体，里面提供有对应的 open,read 函数。

APP 调用 open 时，导致驱动中对应的 open 函数被调用，在里面配置 GPIO 为输入引脚；并且注册 GPIO 的中断处理函数。APP 调用 read 时，导致驱动中对应的 read 函数被调用，如果有按键数据则直接返回给APP；否则 APP 在内核态休眠。

当用户按下按键时， GPIO 中断被触发，导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据，并唤醒休眠中的 APP。APP 被唤醒后继续在内核态运行，即继续执行驱动代码，把按键数据返回给 APP(用户空间)。

1.3、 poll 方式

在这里插入图片描述

上面的休眠-唤醒方式有个缺点：如果用户一直没操作按键，那么 APP 就会永远休眠。我们可以给 APP 定个闹钟，这就是 poll 方式。

驱动程序中构造、注册一个 file_operations 结构体，里面提供有对应的 open,read,poll函数。

APP 调用 open 时，导致驱动中对应的 open 函数被调用，在里面配置 GPIO 为输入引脚；并且注册 GPIO 的中断处理函数。

APP 调用 poll 或 select 函数，意图是“查询”是否有数据，这 2 个函数都可以指定一个超时时间，即在这段时间内没有数据的话就返回错误。这会导致驱动中对应的 poll 函数被调用，如果有按键数据则直接返回给 APP；否则 APP 在内核态休眠一段时间。

当用户按下按键时， GPIO 中断被触发，导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据，并唤醒休眠中的 APP。如果用户没按下按键，但是超时时间到了，内核也会唤醒 APP。

所以 APP 被唤醒有 2 种原因：用户操作了按键，超时。被唤醒的 APP 在内核态继续运行，即继续执行驱动代码，把“状态”返回给 APP(的用户空间)。APP 得到poll/select 函数的返回结果后，如果确认是有数据的，则再调用 read 函数，这会导致驱动中的 read 函数被调用，这时驱动程序中含有数据，会直接返回数据。

1.4、异步通知方式

在这里插入图片描述

异步通知的实现原理是：内核给 APP 发信号。信号有很多种，这里发的是 SIGIO(IO类型的信号)。

驱动程序中构造、注册一个 file_operations 结构体，里面提供有对应的open,read,fasync函数。

APP 调用 open 时，导致驱动中对应的 open 函数被调用，在里面配置 GPIO 为输入引脚；并且注册 GPIO 的中断处理函数。APP 给信号 SIGIO 注册自己的处理函数： my_signal_fun。

APP 调用 fcntl 函数，把驱动程序的 flag 改为 FASYNC，这会导致驱动程序的 fasync 函数被调用，它只是简单记录进程 PID。

当用户按下按键时， GPIO 中断被触发，导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据，然后给进程 PID 发送 SIGIO 信号。

APP 收到信号后会被打断，先执行信号处理函数：在信号处理函数中可以去调用 read函数读取按键值。

信号处理函数返回后， APP 会继续执行原先被打断的代码

1.5、按键读取总结

我们的驱动程序可以实现上述 4 种提供按键的方法，但是驱动程序不应该限制 APP 使用哪种方法。

这就是驱动设计的一个原理：提供能力，不提供策略。就是说，你想用哪种方法都行，驱动程序都可以提供；但是驱动程序不能限制你使用哪种方法。

二、异步通知的实例测试，加深理解

signal.c

#include 
   
    #include 
    
     #include 
     
      void my_sig_func(int signo){
       printf("get a signal : %d\n", signo);}int main(int argc, char **argv){
       int i = 0;        signal(SIGIO, my_sig_func);        while (1)     {
           printf("Hello, world %d!\n", i++);        sleep(2);    }        return 0;}

程序第 13 行注册信号处理函数，第 15 行就是一个无限循环。在它运行期间，你可以用另一个 APP 发信号给它，来查看异步通知的效果。