Linux高级字符设备驱动

雨点打透心脏的1/2处 2022-03-31 05:47 345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?

![120517165197221.png][]

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 <sys/select.h>  
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

#ifndef _MEMDEV_H_
    #define _MEMDEV_H_
    
    #ifndef MEMDEV_MAJOR
    #define MEMDEV_MAJOR 0   /*预设的mem的主设备号*/
    #endif
    
    #ifndef MEMDEV_NR_DEVS
    #define MEMDEV_NR_DEVS 2    /*设备数*/
    #endif
    
    #ifndef MEMDEV_SIZE
    #define MEMDEV_SIZE 4096
    #endif
    
    /*mem设备描述结构体*/
    struct mem_dev                                     
    {                                                        
      char *data;                      
      unsigned long size;
    
      wait_queue_head_t inq; 
    
    };
    
    #endif /* _MEMDEV_H_ */

2）Poll型设备驱动memdev.c源码

#include <linux/module.h>
        #include <linux/types.h>
        #include <linux/fs.h>
        #include <linux/errno.h>
        #include <linux/mm.h>
        #include <linux/sched.h>
        #include <linux/init.h>
        #include <linux/cdev.h>
        #include <asm/io.h>
        #include <asm/system.h>
        #include <asm/uaccess.h>
    
        #include <linux/poll.h>
        #include "memdev.h"
    
        static mem_major = MEMDEV_MAJOR;
        bool have_data = false; /*表明设备有足够数据可供读*/
    
        module_param(mem_major, int, S_IRUGO);
    
        struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/
    
        struct cdev cdev;
    
        /*文件打开函数*/
        int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
        {
            struct mem_dev *dev;
            
            /*获取次设备号*/
            int num = MINOR(inode->i_rdev);
    
            if (num >= MEMDEV_NR_DEVS)
                    return -ENODEV;
            dev = &mem_devp[num];
            
            /*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/
            filp->private_data = dev;
            
            return 0;
        }
    
        /*文件释放函数*/
        int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
        {
          return 0;
        }
    
        /*读函数*/
        static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
        {
          unsigned long p =  *ppos;
          unsigned int count = size;
          int ret = 0;
          struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/
    
          /*判断读位置是否有效*/
          if (p >= MEMDEV_SIZE)
            return 0;
          if (count > MEMDEV_SIZE - p)
            count = MEMDEV_SIZE - p;
            
          while (!have_data) /* 没有数据可读，考虑为什么不用if，而用while */
          {
                if (filp->f_flags & O_NONBLOCK)
                    return -EAGAIN;
            
            wait_event_interruptible(dev->inq,have_data);
          }
    
          /*读数据到用户空间*/
          if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count))
          {
            ret =  - EFAULT;
          }
          else
          {
            *ppos += count;
            ret = count;
           
            printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %d\n", count, p);
          }
         
          have_data = false; /* 表明不再有数据可读 */
          /* 唤醒写进程 */
          return ret;
        }
    
        /*写函数*/
        static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
        {
          unsigned long p =  *ppos;
          unsigned int count = size;
          int ret = 0;
          struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/
         
          /*分析和获取有效的写长度*/
          if (p >= MEMDEV_SIZE)
            return 0;
          if (count > MEMDEV_SIZE - p)
            count = MEMDEV_SIZE - p;
    
          /*从用户空间写入数据*/
          if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count))
            ret =  - EFAULT;
          else
          {
            *ppos += count;
            ret = count;
            
            printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %d\n", count, p);
          }
         
          have_data = true; /* 有新的数据可读 */
            
            /* 唤醒读进程 */
            wake_up(&(dev->inq));
    
          return ret;
        }
    
        /* seek文件定位函数 */
        static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
        {
            loff_t newpos;
    
            switch(whence) {
              case 0: /* SEEK_SET */
                newpos = offset;
                break;
    
              case 1: /* SEEK_CUR */
                newpos = filp->f_pos + offset;
                break;
    
              case 2: /* SEEK_END */
                newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;
                break;
    
              default: /* can't happen */
                return -EINVAL;
            }
            if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE))
                return -EINVAL;
                
            filp->f_pos = newpos;
            return newpos;
    
        }
        unsigned int mem_poll(struct file *filp, poll_table *wait)
        {
            struct mem_dev  *dev = filp->private_data;
            unsigned int mask = 0;
            
           /*将等待队列添加到poll_table表中 */
            poll_wait(filp, &dev->inq,  wait);
         
            
    
            if (have_data)        
    
            mask |= POLLIN | POLLRDNORM;  /* readable */
    
            return mask;
        }
    
    
        /*文件操作结构体*/
        static const struct file_operations mem_fops =
        {
          .owner = THIS_MODULE,
          .llseek = mem_llseek,
          .read = mem_read,
          .write = mem_write,
          .open = mem_open,
          .release = mem_release,
          .poll = mem_poll,
        };
    
        /*设备驱动模块加载函数*/
        static int memdev_init(void)
        {
          int result;
          int i;
    
          dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);
    
          /* 静态申请设备号*/
          if (mem_major)
            result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");
          else  /* 动态分配设备号 */
          {
            result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
            mem_major = MAJOR(devno);
          }  
         
          if (result < 0)
            return result;
    
          /*初始化cdev结构*/
          cdev_init(&cdev, &mem_fops);
          cdev.owner = THIS_MODULE;
          cdev.ops = &mem_fops;
         
          /* 注册字符设备 */
          cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);
           
          /* 为设备描述结构分配内存*/
          mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);
          if (!mem_devp)    /*申请失败*/
          {
            result =  - ENOMEM;
            goto fail_malloc;
          }
          memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));
         
          /*为设备分配内存*/
          for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++)
          {
                mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;
                mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);
                memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);
         
              /*初始化等待队列*/
             init_waitqueue_head(&(mem_devp[i].inq));
             //init_waitqueue_head(&(mem_devp[i].outq));
          }
           
          return 0;
    
          fail_malloc:
          unregister_chrdev_region(devno, 1);
         
          return result;
        }
    
        /*模块卸载函数*/
        static void memdev_exit(void)
        {
          cdev_del(&cdev);   /*注销设备*/
          kfree(mem_devp);     /*释放设备结构体内存*/
          unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/
        }
    
        MODULE_AUTHOR("David Xie");
        MODULE_LICENSE("GPL");
    
        module_init(memdev_init);
    
        module_exit(memdev_exit);
    
        3）测试程序app-read.c源码
    
        #include <stdio.h>
        #include <stdlib.h>
        #include <unistd.h>
        #include <sys/ioctl.h>
        #include <sys/types.h>
        #include <sys/stat.h>
        #include <fcntl.h>
        #include <sys/select.h>
        #include <sys/time.h>
        #include <errno.h>
         
        int main()
        {
            int fd;
            fd_set rds;    //声明描述符集合
            int ret;
            char Buf[128];
            
            /*初始化Buf*/
            strcpy(Buf,"memdev is char dev!");
            printf("BUF: %s\n",Buf);
            
            /*打开设备文件*/
            fd = open("/dev/memdev0",O_RDWR);
            
            FD_ZERO(&rds);   //清空描述符集合
            FD_SET(fd, &rds); //设置描述符集合
         
            /*清除Buf*/
            strcpy(Buf,"Buf is NULL!");
            printf("Read BUF1: %s\n",Buf);
    
            ret = select(fd + 1, &rds, NULL, NULL, NULL);//调用select（）监控函数
            if (ret < 0)  
            {
                printf("select error!\n");
                exit(1);
            }
            if (FD_ISSET(fd, &rds))   //测试fd1是否可读 
                read(fd, Buf, sizeof(Buf));            
            
            /*检测结果*/
            printf("Read BUF2: %s\n",Buf);
            
            close(fd);
            
            return 0;    
        }

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