Linux高级字符设备驱动

雨点打透心脏的1/2处 2022-03-31 05:47 423阅读 0赞

转载：http://www.linuxidc.com/Linux/2012-05/60469p4.htm

1、什么是Poll方法,功能是什么?

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2、Select系统调用(功能)
Select系统调用用于多路监控,当没有一个文件满足要求时,select将阻塞调用进程。
int select(int maxfd, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fe_set *exceptfds, const struct timeval *timeout)
Select系统调用(参数)
1）Maxfd:
文件描述符的范围,比待检测的最大文件描述符大1
2）Readfds:
被读监控的文件描述符集
3）Writefds:
被写监控的文件描述符集
4）Exceptfds:
被异常监控的文件描述符集;
5）Timeout:

定时器，Timeout取不同的值,该调用有不同的表现:

1>Timeout值为0,不管是否有文件满足要求,都立刻返回,无文件满足要求返回0,有文件满足要求返回一个正值。
2>Timeout为NULL,select将阻塞进程,直到某个文件满足要求
3>Timeout 值 为 正 整 数 , 就 是 等 待 的 最 长 时 间 , 即select在timeout时间内阻塞进程。
3、Select系统调用(返回值)
Select调用返回时,返回值有如下情况:
1）正常情况下返回满足要求的文件描述符个数;
2）经过了timeout等待后仍无文件满足要求,返回值为0;
3）如果select被某个信号中断,它将返回-1并设置errno为EINTR。
4）如果出错,返回-1并设置相应的errno。
4、Select系统调用(使用方法)
1）将要监控的文件添加到文件描述符集
2）调用Select开始监控
3）判断文件是否发生变化
系统提供了4个宏对描述符集进行操作:
#include
void FD_SET(int fd, fd_set *fdset)
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)
void FD_ZERO(fd_set *fdset)
void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset)
宏FD_SET将文件描述符fd添加到文件描述符集fdset中;
宏FD_CLR从文件描述符集fdset中清除文件描述符fd;
宏FD_ZERO清空文件描述符集fdset;
在调用select后使用FD_ISSET来检测文件描述符集fdset中的文件fd发生了变化。
FD_ZERO(&fds); //清空集合
FD_SET(fd1,&fds); //设置描述符
FD_SET(fd2,&fds); //设置描述符
maxfdp=fd1+1; //描述符最大值加1,假设fd1>fd2
switch(select(maxfdp,&fds,NULL,NULL,&timeout))
case -1: exit(-1);break; //select错误,退出程序
case 0:break;
default:
if(FD_ISSET(fd1,&fds)) //测试fd1是否可读

5、poll方法

应用程序常常使用select系统调用,它可能会阻塞进程。这个调用由驱动的 poll 方法实现,原型为:unsigned int (*poll)(struct file *filp,poll_table *wait)

Poll设备方法负责完成:
1）使用poll_wait将等待队列添加到poll_table中。
2）返回描述设备是否可读或可写的掩码。
位掩码
1>POLLIN 设备可读
2>POLLRDNORM数据可读
3>POLLOUT\设备可写
4>POLLWRNORM数据可写
设备可读通常返回(POLLIN|POLLRDNORM )
设备可写通常返回(POLLOUT|POLLWRNORM )
6、范例

static unsigned int mem_poll(struct file *filp,poll_table *wait)
{

struct scull_pipe *dev =filp->private_data;
unsigned int mask =0;
/* 把等待队列添加到poll_table */
poll_wait(filp,&dev->inq,wait);
/*返回掩码*/
if (有数据可读)
mask = POLLIN |POLLRDNORM;/*设备可读*/
return mask;

}

7、工作原理
Poll方法只是做一个登记,真正的阻塞发生在select.c 中的 do_select函数。

8、实例分析

1）poll型设备驱动memdev.h源码

  1. #ifndef _MEMDEV_H_
  2. #define _MEMDEV_H_
  4. #ifndef MEMDEV_MAJOR
  5. #define MEMDEV_MAJOR 0   /*预设的mem的主设备号*/
  6. #endif
  8. #ifndef MEMDEV_NR_DEVS
  9. #define MEMDEV_NR_DEVS 2    /*设备数*/
  10. #endif
  12. #ifndef MEMDEV_SIZE
  13. #define MEMDEV_SIZE 4096
  14. #endif
  16. /*mem设备描述结构体*/
  17. struct mem_dev                                     
  18. {                                                        
  19.   char *data;                      
  20.   unsigned long size;
  22.   wait_queue_head_t inq; 
  24. };
  26. #endif /* _MEMDEV_H_ */

2）Poll型设备驱动memdev.c源码

  1. #include <linux/module.h>
  2.     #include <linux/types.h>
  3.     #include <linux/fs.h>
  4.     #include <linux/errno.h>
  5.     #include <linux/mm.h>
  6.     #include <linux/sched.h>
  7.     #include <linux/init.h>
  8.     #include <linux/cdev.h>
  9.     #include <asm/io.h>
  10.     #include <asm/system.h>
  11.     #include <asm/uaccess.h>
  13.     #include <linux/poll.h>
  14.     #include "memdev.h"
  16.     static mem_major = MEMDEV_MAJOR;
  17.     bool have_data = false; /*表明设备有足够数据可供读*/
  19.     module_param(mem_major, int, S_IRUGO);
  21.     struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/
  23.     struct cdev cdev;
  25.     /*文件打开函数*/
  26.     int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
  27.     {
  28.         struct mem_dev *dev;
  30.         /*获取次设备号*/
  31.         int num = MINOR(inode->i_rdev);
  33.         if (num >= MEMDEV_NR_DEVS)
  34.                 return -ENODEV;
  35.         dev = &mem_devp[num];
  37.         /*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/
  38.         filp->private_data = dev;
  40.         return 0;
  41.     }
  43.     /*文件释放函数*/
  44.     int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
  45.     {
  46.       return 0;
  47.     }
  49.     /*读函数*/
  50.     static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
  51.     {
  52.       unsigned long p =  *ppos;
  53.       unsigned int count = size;
  54.       int ret = 0;
  55.       struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/
  57.       /*判断读位置是否有效*/
  58.       if (p >= MEMDEV_SIZE)
  59.         return 0;
  60.       if (count > MEMDEV_SIZE - p)
  61.         count = MEMDEV_SIZE - p;
  63.       while (!have_data) /* 没有数据可读，考虑为什么不用if，而用while */
  64.       {
  65.             if (filp->f_flags & O_NONBLOCK)
  66.                 return -EAGAIN;
  68.         wait_event_interruptible(dev->inq,have_data);
  69.       }
  71.       /*读数据到用户空间*/
  72.       if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count))
  73.       {
  74.         ret =  - EFAULT;
  75.       }
  76.       else
  77.       {
  78.         *ppos += count;
  79.         ret = count;
  81.         printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %d\n", count, p);
  82.       }
  84.       have_data = false; /* 表明不再有数据可读 */
  85.       /* 唤醒写进程 */
  86.       return ret;
  87.     }
  89.     /*写函数*/
  90.     static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
  91.     {
  92.       unsigned long p =  *ppos;
  93.       unsigned int count = size;
  94.       int ret = 0;
  95.       struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/
  97.       /*分析和获取有效的写长度*/
  98.       if (p >= MEMDEV_SIZE)
  99.         return 0;
  100.       if (count > MEMDEV_SIZE - p)
  101.         count = MEMDEV_SIZE - p;
  103.       /*从用户空间写入数据*/
  104.       if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count))
  105.         ret =  - EFAULT;
  106.       else
  107.       {
  108.         *ppos += count;
  109.         ret = count;
  111.         printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %d\n", count, p);
  112.       }
  114.       have_data = true; /* 有新的数据可读 */
  116.         /* 唤醒读进程 */
  117.         wake_up(&(dev->inq));
  119.       return ret;
  120.     }
  122.     /* seek文件定位函数 */
  123.     static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
  124.     {
  125.         loff_t newpos;
  127.         switch(whence) {
  128.           case 0: /* SEEK_SET */
  129.             newpos = offset;
  130.             break;
  132.           case 1: /* SEEK_CUR */
  133.             newpos = filp->f_pos + offset;
  134.             break;
  136.           case 2: /* SEEK_END */
  137.             newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;
  138.             break;
  140.           default: /* can't happen */
  141.             return -EINVAL;
  142.         }
  143.         if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE))
  144.             return -EINVAL;
  146.         filp->f_pos = newpos;
  147.         return newpos;
  149.     }
  150.     unsigned int mem_poll(struct file *filp, poll_table *wait)
  151.     {
  152.         struct mem_dev  *dev = filp->private_data;
  153.         unsigned int mask = 0;
  155.        /*将等待队列添加到poll_table表中 */
  156.         poll_wait(filp, &dev->inq,  wait);
  160.         if (have_data)        
  162.         mask |= POLLIN | POLLRDNORM;  /* readable */
  164.         return mask;
  165.     }
  168.     /*文件操作结构体*/
  169.     static const struct file_operations mem_fops =
  170.     {
  171.       .owner = THIS_MODULE,
  172.       .llseek = mem_llseek,
  173.       .read = mem_read,
  174.       .write = mem_write,
  175.       .open = mem_open,
  176.       .release = mem_release,
  177.       .poll = mem_poll,
  178.     };
  180.     /*设备驱动模块加载函数*/
  181.     static int memdev_init(void)
  182.     {
  183.       int result;
  184.       int i;
  186.       dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);
  188.       /* 静态申请设备号*/
  189.       if (mem_major)
  190.         result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");
  191.       else  /* 动态分配设备号 */
  192.       {
  193.         result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
  194.         mem_major = MAJOR(devno);
  195.       }  
  197.       if (result < 0)
  198.         return result;
  200.       /*初始化cdev结构*/
  201.       cdev_init(&cdev, &mem_fops);
  202.       cdev.owner = THIS_MODULE;
  203.       cdev.ops = &mem_fops;
  205.       /* 注册字符设备 */
  206.       cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);
  208.       /* 为设备描述结构分配内存*/
  209.       mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);
  210.       if (!mem_devp)    /*申请失败*/
  211.       {
  212.         result =  - ENOMEM;
  213.         goto fail_malloc;
  214.       }
  215.       memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));
  217.       /*为设备分配内存*/
  218.       for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++)
  219.       {
  220.             mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;
  221.             mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);
  222.             memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);
  224.           /*初始化等待队列*/
  225.          init_waitqueue_head(&(mem_devp[i].inq));
  226.          //init_waitqueue_head(&(mem_devp[i].outq));
  227.       }
  229.       return 0;
  231.       fail_malloc:
  232.       unregister_chrdev_region(devno, 1);
  234.       return result;
  235.     }
  237.     /*模块卸载函数*/
  238.     static void memdev_exit(void)
  239.     {
  240.       cdev_del(&cdev);   /*注销设备*/
  241.       kfree(mem_devp);     /*释放设备结构体内存*/
  242.       unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/
  243.     }
  245.     MODULE_AUTHOR("David Xie");
  246.     MODULE_LICENSE("GPL");
  248.     module_init(memdev_init);
  250.     module_exit(memdev_exit);
  252.     3）测试程序app-read.c源码
  254.     #include <stdio.h>
  255.     #include <stdlib.h>
  256.     #include <unistd.h>
  257.     #include <sys/ioctl.h>
  258.     #include <sys/types.h>
  259.     #include <sys/stat.h>
  260.     #include <fcntl.h>
  261.     #include <sys/select.h>
  262.     #include <sys/time.h>
  263.     #include <errno.h>
  265.     int main()
  266.     {
  267.         int fd;
  268.         fd_set rds;    //声明描述符集合
  269.         int ret;
  270.         char Buf[128];
  272.         /*初始化Buf*/
  273.         strcpy(Buf,"memdev is char dev!");
  274.         printf("BUF: %s\n",Buf);
  276.         /*打开设备文件*/
  277.         fd = open("/dev/memdev0",O_RDWR);
  279.         FD_ZERO(&rds);   //清空描述符集合
  280.         FD_SET(fd, &rds); //设置描述符集合
  282.         /*清除Buf*/
  283.         strcpy(Buf,"Buf is NULL!");
  284.         printf("Read BUF1: %s\n",Buf);
  286.         ret = select(fd + 1, &rds, NULL, NULL, NULL);//调用select（）监控函数
  287.         if (ret < 0)  
  288.         {
  289.             printf("select error!\n");
  290.             exit(1);
  291.         }
  292.         if (FD_ISSET(fd, &rds))   //测试fd1是否可读 
  293.             read(fd, Buf, sizeof(Buf));            
  295.         /*检测结果*/
  296.         printf("Read BUF2: %s\n",Buf);
  298.         close(fd);
  300.         return 0;    
  301.     }

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