Linux的fasync驱动异步通知详解

时间：2016-07-07 19:58:01 阅读：370 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

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工作项目用有个需求是监测某个GPIO输入方波的频率！通俗的讲就是一个最最简单的测方波频率的示波器！不过只是测方波的频率！频率范围是0~200HZ,而且频率方波不是一直都是200HZ，大多数的时候可能一直是0或者一个更低频率的方波！同时要考虑到方波有可能一直维持在200HZ ，同时保持效率和性能的情况下，fasync驱动异步通知是个不错的选择，当初写demo的时候实测1K的方波完全没有问题！应用到项目中也是完全能满足需求！驱动很简单！业余时间把自己之前学到的知识总结一下！对自己也是个提高！

根据需求，驱动中实现比较简单！自己只实现open、close、fasync和read函数，这里只需要读取方波的频率即可！

驱动大概实现原理：方波每产生一个下降沿，产生一个中断，然后根据中断在通过异步通知应用程序，以此来测定输入方波的频率！

fansync机制的优势是能使驱动的读写和应用程序的读写分开，使得应用程序可以在驱动读写的时候去做别的事情！

下面是驱动的源码：

**-------File Info---------------------------------------------------------------------------------------
** File Name:               gpioInt.c
** Latest modified Data:    2015_11_16
** Latest Version:          v1.0
** Description:             NOME
**
**--------------------------------------------------------------------------------------------------------
** Create By:               K
** Create date:             20015-11-16
** Version:                 v1.0
** Descriptions:            混杂设备驱动程序 GPIO中断驱动 下降沿触发GPIO 内核会向用户空间发送一个键值
**						    用户态的应用程序通过读取键值来判断GPIO中断状况
**
**--------------------------------------------------------------------------------------------------------
*********************************************************************************************************/
#include<linux/init.h>
#include<linux/module.h>
#include<mach/gpio.h>                                                  
#include<asm/io.h>                                                 
#include"mach/../../mx28_pins.h"
#include <mach/pinctrl.h>
#include "mach/mx28.h"
#include<linux/fs.h>
#include <linux/io.h>
#include<asm/uaccess.h>                                     
#include<linux/miscdevice.h>                          
#include<linux/irq.h>                          
#include<linux/sched.h>                   
#include<linux/interrupt.h>              
#include<linux/timer.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>

/* 
*中断事件标志，中断服务程序将它置1，在gpio_drv_read将它清0 
*/
static volatile int ev_press = 0;

/*
*异步结构体指针 用于读
*/
static struct fasync_struct *b_async;

/*
*中断引脚描述结构体
*/
struct pin_desc_s{				
	unsigned int pin;
	unsigned int key_val;
	unsigned int irq;
};
static unsigned char key_val;

struct pin_desc_s pin_desc[5] = {
	{MXS_PIN_TO_GPIO(PINID_LCD_ENABLE),0x03,},    /* IO1 rain GPIO1_31     */  
	{MXS_PIN_TO_GPIO(PINID_LCD_HSYNC),0x05,},     /* IO2 windspeed GPIO1_29*/
	{MXS_PIN_TO_GPIO(PINID_LCD_DOTCK),0x0A,},     /* 机箱门             */
	{MXS_PIN_TO_GPIO(PINID_AUART3_RX),0x07,},     /* key1 GPIO3_12         */ 
	{MXS_PIN_TO_GPIO(PINID_AUART3_TX),0x09,},     /* key2 GPIO3_13         */ 
};


static DECLARE_MUTEX(b_lock);     
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(b_waitq);


static irqreturn_t b_irq(int irq, void *dev_id)
{
	struct pin_desc_s * pindesc = (struct pin_desc_s *)dev_id;
	unsigned int pinval;
	
	pinval = gpio_get_value(pindesc->pin);

	if (pinval)
	{
		key_val = 1;
	}
	else
	{
		key_val = pindesc->key_val;
	}
        ev_press = 1;
        wake_up_interruptible(&b_waitq);		//唤醒等待队列里面的进程
		kill_fasync(&b_async, SIGIO, POLL_IN);	//异步通知
	//printk("interrupt occur..........\n");
	return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

static int gpio_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	int iRet[5]={0};
	int i = 0;

	if (file->f_flags & O_NONBLOCK)
	{
		if (down_trylock(&b_lock))
			return -EBUSY;
	}
	else
	{
		down(&b_lock);
	}
	
	
	for(i = 0; i < 5; i++)
	{
		gpio_direction_input((pin_desc[i]).pin);
		(pin_desc[i]).irq = gpio_to_irq((pin_desc[i]).pin); 
		if ((pin_desc[i]).irq) 
			disable_irq((pin_desc[i]).irq);
		set_irq_type((pin_desc[i]).irq, IRQF_TRIGGER_FALLING);	//下降沿中断
		iRet[i] = request_irq((pin_desc[i]).irq, buttons_irq, IRQF_SHARED, "gpio_int", &pin_desc[i]);
		if (iRet[i] != 0){
			printk("request irq failed!! ret: %d  irq:%d \n", iRet[i],(pin_desc[i]).irq);
		return -EBUSY;}
	
	}
	
	
	return 0;
}

ssize_t gpio_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
	{
		wait_event_interruptible(b_waitq, ev_press);
	}
	copy_to_user(buf, &key_val, 1);
	ev_press = 0;
	
	return 1;
}

int gpio_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
	int i = 0;
	
	for( i = 0; i < 5; i++)
	{
		free_irq((pin_desc[i]).irq, &pin_desc[i]);
	}

	up(&b_lock);
	return 0;
}

static int gpio_drv_fasync (int fd, struct file *filp, int on)
{
	printk("driver: gpio_drv_successful\n");
	return fasync_helper (fd, filp, on, &b_async);
}

static struct file_operations gpio_drv_fops = {
	.owner		= THIS_MODULE,
	.open		= gpio_drv_open,
	.read		= gpio_drv_read,
	.release	= gpio_drv_close,
	.fasync	 	= gpio_drv_fasync,
};

static struct miscdevice b_miscdev = 
{
	.minor	        = MISC_DYNAMIC_MINOR,
   	.name	        = "magic-gpio",
    .fops	        = &gpio_drv_fops,
};

static int __init gpio_drv_init(void)
{
	int iRet=0;
	printk("gpio_miscdev module init!\n");
	iRet = misc_register(&b_miscdev);
	if (iRet) {
		printk("register failed!\n");
	} 
	return 0;
}

static void __exit gpio_drv_exit(void)
{
	printk("gpio_miscdev module exit!\n");
	misc_deregister(&b_miscdev);
}

module_init(gpio_drv_init);
module_exit(gpio_drv_exit);

MODULE_AUTHOR("HEHAI & RK");
MODULE_LICENSE("Dual BSD/GPL");
MODULE_DESCRIPTION("gpio interrupt module");

首先还是先从init函数来总结：该驱动是一混杂设备驱动模型来写的，这个主要是借鉴网上的好多资料都是一这种模式来写的，Linux里面misc混杂设备驱动的主设备号是为10的驱动设备，init模块首先是用 misc_register()函数注册一个一个混杂设备驱动，参数一个混杂设备驱动里面非常重要的一个数据结构 struct miscdevice,下面把原型贴出来：

struct miscdevice  {
    int minor;
    const char *name;
    const struct file_operations *fops;
    struct list_head list;
    struct device *parent;
    struct device *this_device;
    const char *nodename;
    mode_t mode;
};

当然我上面的驱动代码只初始化了前面的关键三项：

static struct miscdevice b_miscdev = 
{
	.minor	        = MISC_DYNAMIC_MINOR,
   	.name	        = "magic-gpio",
        .fops	        = &gpio_drv_fops,
};

这里先说说 .minor这个成员：定义次设备号的，这里使用了一个MISC_DYNAMIC_MINOR宏！这个宏的意思就是动态分配次设备号！而且这个次设备号不会超过64！实现的方法比较巧妙！这里贴出一篇相关的文章：

http://blog.csdn.net/yongan1006/article/details/6778285 这个可以研究一下，还比较有意思！

剩下的两个name 和 fops成员对驱动开发来说就最熟悉不过了！驱动的名字和驱动的接口函数这里就不说了！

注册混杂设备驱动后就是接口函数的表演了！

这里和内核硬件相关的就是struct pin_desc_s 结构了，硬件的初始化工作比较简单，放在open函数里面了！

struct pin_desc_s pin_desc[5] = {
	{MXS_PIN_TO_GPIO(PINID_LCD_ENABLE),0x03,},    /* IO1 rain GPIO1_31     */  
	{MXS_PIN_TO_GPIO(PINID_LCD_HSYNC),0x05,},     /* IO2 windspeed GPIO1_29*/
	{MXS_PIN_TO_GPIO(PINID_LCD_DOTCK),0x0A,},     /* 机箱门             */
	{MXS_PIN_TO_GPIO(PINID_AUART3_RX),0x07,},     /* key1 GPIO3_12         */ 
	{MXS_PIN_TO_GPIO(PINID_AUART3_TX),0x09,},     /* key2 GPIO3_13         */ 
};

这里把好几个gpio接口都放到这一个里面了！都是后边加进去的！上面的是直接根据文档在内核头文件中找到GPIO引脚对应的宏定义的！后边是给GPIO设置的键值！就是当应用程序收到一个signal后，根据读取到的键值来区分是哪一个GPIO发生了中断或是有信号传过来！看看open函数：

static int gpio_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
	int iRet[5]={0};
	int i = 0;

	if (file->f_flags & O_NONBLOCK)//非阻塞
	{
		if (down_trylock(&b_lock))
			return -EBUSY;
	}
	else
	{
		down(&b_lock);
	}
	
	
	for(i = 0; i < 5; i++)
	{
		gpio_direction_input((pin_desc[i]).pin);//设置对应的GPIO输入
		(pin_desc[i]).irq = gpio_to_irq((pin_desc[i]).pin);//把GPIO对应的pin值转换为相应的IRQ值并返回
		if ((pin_desc[i]).irq) 
			disable_irq((pin_desc[i]).irq);//先关闭中断并等待中断处理完
		set_irq_type((pin_desc[i]).irq, IRQF_TRIGGER_FALLING);	//设置下降沿中断
		iRet[i] = request_irq((pin_desc[i]).irq, b_irq, IRQF_SHARED, "gpio_int", &pin_desc[i]);
		if (iRet[i] != 0){
			printk("request irq failed!! ret: %d  irq:%d \n", iRet[i],(pin_desc[i]).irq);
		return -EBUSY;}
	
	}
	
	
	return 0;
}

这里可以详细了解一下关于GPIO的一些API函数：http://blog.sina.com.cn/s/blog_a6559d9201015vx9.html

request_irq函数：http://blog.csdn.net/wealoong/article/details/7566546
说说上面的request_irq函数了：

int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,
unsigned long irqflags, const char *devname, void *dev_id)
irq是要申请的硬件中断号。
handler是向系统注册的中断处理函数，是一个回调函数，中断发生时，系统调用这个函数，dev_id参数将被传递给它。
irqflags是中断处理的属性，SA_SHARED表示多个设备共享中断，
devname设置中断名称，通常是设备驱动程序的名称在cat /proc/interrupts中可以看到此名称。
dev_id在中断共享时会用到，一般设置为这个设备的设备结构体或者NULL。
request_irq()返回0表示成功，返回-INVAL表示中断号无效或处理函数指针为NULL，返回-EBUSY表示中断已经被占用且不能共享。

这里用到回调函数b_irq函数就是根据响应的GPIO中断返回设置好的相应的值，这样应用程序在得到这个值的时候就可以知道是哪个GPIO发送的中断！

b_irq函数：

static irqreturn_t b_irq(int irq, void *dev_id)
{
	struct pin_desc_s * pindesc = (struct pin_desc_s *)dev_id;
	unsigned int pinval;
	
	pinval = gpio_get_value(pindesc->pin);

	if (pinval)
	{
		key_val = 1;
	}
	else
	{
		key_val = pindesc->key_val;
	}
        ev_press = 1;
        wake_up_interruptible(&b_waitq);		//唤醒等待队列里面的进程
		kill_fasync(&b_async, SIGIO, POLL_IN);	//异步通知
	//printk("interrupt occur..........\n");
	return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

其中上面的b_waitq是这样定义的：

static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(b_waitq);//生成一个等待队列的头 名字为b_waitq

关于等待队列可以看下这篇文章：http://www.cnblogs.com/xmphoenix/archive/2011/11/20/2256419.html

其实这里有一个很关键的地方就是kill_fasync异步通知应用程序。这里有很关键的一步，可以说是整个驱动程序的核心：kill_fasync 及 fasync_helper用于异步通知中，其中 kill_fasync(&b_async,SIGIO,POLL_IN)函数的功能是向应用程序发送可读信号，还有那个进程调用fasync_helper函数就向谁发！这个可以结合应用程序是如何拿到信号的对比着看，关于应用程序这里就不说了！网上的资料也比较多讲解的也很详细！例程代码还有理论分析都有！

fansync_helpr函数内部实现：

int fasync_helper(int fd, struct file * filp, int on, struct fasync_struct **fapp)
{
    struct fasync_struct *fa, **fp;
    struct fasync_struct *new = NULL;
    int result = 0;

    if (on) {
        new = kmem_cache_alloc(fasync_cache, GFP_KERNEL);
        if (!new)
            return -ENOMEM;
    }
    write_lock_irq(&fasync_lock);
    for (fp = fapp; (fa = *fp) != NULL; fp = &fa->fa_next) {
        if (fa->fa_file == filp) {
            if(on) {
                fa->fa_fd = fd;   //区分向谁发
                kmem_cache_free(fasync_cache, new);
            } else {
                *fp = fa->fa_next;
                kmem_cache_free(fasync_cache, fa);
                result = 1;
            }
            goto out;
        }
    }

    if (on) {
        new->magic = FASYNC_MAGIC;
        new->fa_file = filp;
        new->fa_fd = fd;
        new->fa_next = *fapp;
        *fapp = new;
        result = 1;
    }
out:
    write_unlock_irq(&fasync_lock);
    return result;
}

kill_fasync函数里面的b_async参数：struct fasync_struct类型定义：

struct   fasync_struct   {
    int magic;
    int fa_fd;
    struct fasync_struct *fa_next;  
    struct file   *fa_file;
};

这个参数在下面中也被调用：实现的fasync成员函数

static int gpio_drv_fasync (int fd, struct file *filp, int on)
{
	printk("driver: gpio_drv_successful\n");
	return fasync_helper (fd, filp, on, &b_async);
}

这也是应用程序和内核之间传参的一个关键：

要实现传参，我们需要把一个结构体struct fasync_struct添加到内核的异步队列中，这个结构体用来存放对应设备文件的信息(如fd, filp)并交给内核来管理。一但收到信号，内核就会在这个所谓的异步队列头找到相应的文件(fd)，并在filp->owner中找到对应的进程PID，并且调用对应的sig_handler了。

关于剩下的程序中用到的down() 、up() 还有 DECILARE_MUTEX(b_lock)这里简单的用到了信号量的两个简单的操作，主要是用于保护临界资源，保证中断不被丢失！

剩下的read和close都比较简单，驱动里面的函数基本都是对应的，close里面一把是释放所有申请的资源！这也是模块化驱动的一个好处！虽然这个驱动很简单！但是要仔细深究起来，里面所涉及的知识量也不小！上面也只是简单的分析总结一下！做个笔记算是对自己的一个提高，也别人在参考的时候能有一点点的帮助！

最近住的地方没网！感觉好长时间没写博客了！现在业余时间看linux驱动设备详解，哈哈，比一年多前看的效果好多了，至少书上的好多知识多多少少都接触过！而且看起来还比较有收获，就是看了就忘！看来总结还是相当重要的！好记性不如烂笔头！

Linux的fasync驱动异步通知详解

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原文地址：http://blog.csdn.net/coding__madman/article/details/51851338

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