https://blog.csdn.net/fengyuwuzu0519/article/details/71176782
字符设备驱动程序之异步通知
同步：从字面上来理解，就是同一个时间内双方都在同时做一件事情
异步：相对于同步来说了，异步双方不需要共同的时钟，也就是接收方不知道发送方什么时候发送，所以在发送的信息中就要有提示接收方开始接收的信息
总结读取按键的方法：
1、查询方法：极度耗费CPU资源
2、中断：平时休眠，按键按下，唤醒休眠。测试程序的read()，如果没有按下按键，一直在等待，不会返回
3、poll：指定超时时间。不需要一直read，根据poll返回值来决定是否read
这三种方法有一个共同点：应用程序主动去读、查询（read）。
异步通知目的：
按键按下，驱动程序 提醒或者触发 应用程序，然后应用程序再读取键值。（通过signal来实现）
进程之间通过kill命令发信号：kill -9 PID
kill：发送者
PID：接受者
9：信号的值为9
应用程序 的 进程间发信号：signal.c
#include <stdio.h>
#include <signal.h>
void my_signal_fun(int signum)//信号处理函数
{
static int cnt = 0;;
printf("signal = %d, %d times\n", signum, ++cnt);
}
int main(int argc, char **argv)
{
/* 使用SIGUSR1信号，给这个信号挂接一个信号处理函数 */
signal(SIGUSR1, my_signal_fun); //信号处理函数signal
while(1)
{
sleep(100);//休眠
}
return 0;
}
1、使用命令编译： arm-linux-gcc -o signal.c signal
2、在后台执行： ./signal &
3、使用ps命令，查看进程：
stat：S，它一直处于休眠状态。
4、发送一个信号给进程：kill -USR1 811，也可以kill -10 811。kill -9 811把这个信号杀掉，9信号处理函数就是让进程退出来。（可以使用命令kill -l，查看到10对应着USR1）
信号的要点：
1、注册信号处理函数。
2、谁发信号
3、发信号给谁
4、怎么发信号
目标：按下按键时，驱动程序通知应用程序
1、应用程序：注册信号处理函数
2、谁发信号：驱动程序
3、发信号给谁：app应用程序。应用程序程序要告诉驱动PID号。
4、怎么发信号：kill_fasync（）
前方高能预警
① 使用kill_fasync发信号：
定义：static struct fasync_struct *button_async;
kill_fasync(&button_async, SIGIO, POLL_IN);//有按键按下，就发出信号给应用程序("发给谁"，是在button_async结构定义)
② button_async结构是在驱动程序中fasycn()函数的fasycn_helper()函数来初始化的。
③ fasycn_helper()是一个辅助函数，之前button_async结构只是定义了，没有被初始化，而fasycn_helper()函数就是初始化button_async结构体，初始化以后，kill_fasync()就能使用发送信号了。
④ 驱动程序中fasycn()什么时候会调用？应用程序使用fasync()系统调用时，会调用驱动程序中的fasync。显然，应用程序要调用fasync来设置“发给谁”。
⑤ 对于应用程序：
⑴应用程序会使用“fcntl(fd, F_SETOWN, getpid())“ 的F_SETOWN把PID进程号告诉驱动程序，要不然驱动程序都不知道发给谁，不过这项工作是由内核完成，驱动程序不用理会。
⑵Oflags = fcntl(fd, F_GETFL); fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);， 把原来的F_GETFL读回来，然后进行修改。每当FASYNC标志改变时，驱动程序中的fasync()函数就会被调用。
⑶当应用程序调用fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);，F_SETFL改变为异步通知的FASYNC，这个接口时，就会调用驱动程序里面fasync()。
⑷signal(SIGIO, my_signal_fun); 使用SIGIO信号，把这个信号挂接一个信号处理函数my_signal_fun。
SIGIO：一般使用SIGIO，表示IO口有数据让你读和写。
⑸应用测试程序不会主动去读取键值。
应用程序的信号处理函数my_signal_funs()什么时候会被调用呢？
※※驱动程序，在中断服务程序里，如果有按键按下，kill_fasync就会给应用程序发送一个SIGIO信号，这个信号就会触发应用程序来调用信号处理函数my_signal_funs()。
总结：※※※
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid())会告诉驱动程序进程PID。调用fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC)之后，就会调用驱动程序里面的fasync()里面的fasync_helper()函数，fasync_helper()函数只不过是初始化button_async结构，这个结构在中断服务函数里kill_fasync发信号的时候使用的。如果有按键按下，就会调用中断服务函数里的kill_fasync发信号给应用程序，应用程序在信号处理函数里 处理。
kill_fasync函数：
kill_fasync（&button_async, SIGIO, POLL_IN），需要三个参数。
第一个参数 button_async结构体：里面包含进程id，“发给谁”。
第二个参数 SIGIO：发什么？发SIGIO这个信号
第三个参数POLL_IN：有数据等待读取
button_async这个结构体是在fasync_helper()初始化的。
驱动程序 fifth_drv.c
/*
一、驱动框架：
1.先定义file_operations结构体，其中有对设备的打开，读和写的操作函数。
2.分别定义相关的操作函数
3.定义好对设备的操作函数的结构体（file_operations）后，将其注册到内核的file_operations结构数组中。
此设置的主设备号为此结构在数组中的下标。
4.定义出口函数：卸载注册到内核中的设备相关资源
5.修饰 入口 和 出口函数
6.给系统提供更多的内核消息，在sys目录下提供设备的相关信息。应用程序udev可以据此自动创建设备节点，
创建一个class设备类，在此类下创建设备
*/
#include <linux/module.h> //内涵头文件，含有一些内核常用函数的原形定义。
#include <linux/kernel.h> //最基本的文件，支持动态添加和卸载模块。Hello World驱动要这一个文件就可以。
#include <linux/fs.h> //包含了文件操作相关的struct的定义，例如struct file_operations
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/uaccess.h> //包含了copy_to_user、copy_from_user等内核访问用户进程内存地址的函数定义
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h> //包含了ioremap、ioread等内核访问IO内存等函数的定义
#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/hardware.h>
#include <linux/poll.h>
static struct class *fifthdrv_class; //一个类
static struct class_device *fifthdrv_class_dev; //一个类里面再建立一个设备
volatile unsigned long *gpfcon;
volatile unsigned long *gpfdat;
volatile unsigned long *gpgcon;
volatile unsigned long *gpgdat;
/* 下面两个是定义休眠函数的参数 */
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);
/* 中断时间标志，中断服务程序将它置1，fifth_drv_read将它清0 */
static volatile int ev_press=0;
static struct fasync_struct *button_async;
/* 引脚描述的结构体 */
struct pin_desc{
unsigned int pin;
unsigned int key_val;
};
/* 键值：按下时，0x01，0x02，0x03，0x04 */
/* 键值：松开时，0x81，0x82，0x83，0x84 */
static unsigned char keyval; //键值
/* 在request_irq函数中把结构体传进去 */
struct pin_desc pins_desc[4] = { //键值先赋初始值0x01,0x02,0x03,0x04
{S3C2410_GPF0, 0x01}, //pin=S3C2410_GPF0, key_val(按键值)=0x01
{S3C2410_GPF2, 0x02}, //pin=S3C2410_GPF2, key_val(按键值)=0x02
{S3C2410_GPG3, 0x03}, //pin=S3C2410_GPF3, key_val(按键值)=0x03
{S3C2410_GPG11, 0x04}, //pin=S3C2410_GPF11, key_val(按键值)=0x04
};
/*
* 确定按键值
*/
static irqreturn_t button_irq(int irq, void *dev_id) //中断处理函数
{
/* irq = IRQ_EINT0 …… */
/* dev_id = 结构体struct pins_desc */
struct pin_desc * pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;
unsigned int pinval;
/* 读取引脚PIN值 */
pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);
/* 确定按键值,按下管脚低电平，松开管脚高电平 */
if(pinval)
{
/* 松开 */
keyval = 0x80 | pindesc->key_val; //规定的：0x8X
}
else
{
/* 按下 */
keyval = pindesc->key_val; //0x0X
}
/* 唤醒 */
ev_press = 1; /* 表示中断发生了 */
wake_up_interruptible(&button_waitq); /* 唤醒休眠的进程,去button_wq队列,把挂在队列下的进程唤醒 */
//发送信号SIGIO信号给fasync_struct结构体所描述的PID，触发应用程序的SIGIO信号处理函数
kill_fasync(&button_async, SIGIO, POLL_IN); //有按键按下，就发出信号给应用程序(发给谁，是在button_async结构中定义的)
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
static int fifth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
/* 配置GPF0,2为输入引脚 */
/* 配置GPF3,11为输入引脚 */
/* request_irq函数的第五个参数是void *,为无类型指针，可以指向任何数据类型 */
request_irq(IRQ_EINT0, button_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S2", &pins_desc[0]);
request_irq(IRQ_EINT2, button_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S3", &pins_desc[1]);
request_irq(IRQ_EINT11, button_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S4", &pins_desc[2]);
request_irq(IRQ_EINT19, button_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S5", &pins_desc[3]);
return 0;
}
ssize_t fifth_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
if (size != 1)
return -EINVAL;
/* 如果没有按键动作，休眠，休眠：让出CPU */
/* 休眠时，把进程挂在button_wq 队列里 */
/* 如果休眠后被唤醒，就会从这里继续往下执行 */
/* 一开始没有按键按下，ev_press = 0 */
wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);//ev_press=0,休眠,让我们的测试程序休眠;ev_press!=0,直接往下运行
/* 如果有按键动作，返回键值 */
copy_to_user(buf, &keyval, 1); //把键值 拷回去
ev_press = 0; //清零，如果不清零,下次再读，立马往下执行，返回原来的值
return 1;
}
int fifth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
free_irq(IRQ_EINT0, &pins_desc[0]);
free_irq(IRQ_EINT2, &pins_desc[1]);
free_irq(IRQ_EINT11, &pins_desc[2]);
free_irq(IRQ_EINT19, &pins_desc[3]);
return 0;
}
static unsigned fifth_drv_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{
unsigned int mask = 0;
//poll_wait会调用sys_poll的__pollwait函数
poll_wait(file, &button_waitq, wait); //不会立即休眠，这只是让进程挂到队列里面去。
//休眠是在"do_poll"中的"schedule_timeout()"
//ev_press=0，休眠，ev_press=1，唤醒
if (ev_press) //如果当前有数据可以返回应用程序，否则mask=0
mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
return mask;//如果返回0，do_poll的count++就不会执行，往下就会休眠schedule_timeout()
}
static int fifth_drv_fasync(int fd, struct file * filp, int on) //设置信号发给谁
{
//测试，是否应用程序调用fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC)会执行到这里去
printk("driver: fifth_drv_fasync\n");
//fasync_helper初始化或者释放button_async
return fasync_helper(fd, filp, on, &button_async); //初始化button_async结构体后，中断服务程序才能使用kill_fasync发信号
}
static struct file_operations fifth_drv_fops = {
.owner = THIS_MODULE, /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
.open = fifth_drv_open,
.read = fifth_drv_read,
.release = fifth_drv_close,
.poll = fifth_drv_poll,
.fasync = fifth_drv_fasync,
};
int major;
static int fifth_drv_init(void)
{
major = register_chrdev(0, "fifth_drv", &fifth_drv_fops);
//创建一个类
fifthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "firstdrv");
//在这个类下面再创建一个设备
//mdev是udev的一个简化版本
//mdev应用程序，就会被内核调用，会根据类和类下面的设备这些信息
fifthdrv_class_dev = class_device_create(fifthdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons");/* /dev/buttons */
//建立地址映射：物理地址->虚拟地址
gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16); //指向的是虚拟地址，第一个参数是物理开始地址，第二个是长度（字节）
gpfdat = gpfcon + 1; //加1,实际加4个字节
gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16); //指向的是虚拟地址，第一个参数是物理开始地址，第二个是长度（字节）
gpgdat = gpgcon + 1; //加1,实际加4个字节
return 0;
}
static void fifth_drv_exit(void)
{
unregister_chrdev(major, "fifth_drv");
class_device_unregister(fifthdrv_class_dev);
class_destroy(fifthdrv_class);
iounmap(gpfcon);
iounmap(gpgcon);
return 0;
}
module_init(fifth_drv_init);
module_exit(fifth_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
结果:
应用测试程序 fifthdrvtest.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h> //信号处理需要这个头文件
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
/* fifthdrvtest
*/
int fd;
//信号处理函数会在驱动中断服务程序里，如果有按键按下，通过kill_fasync发送信号
void my_signal_fun(int signum)
{
unsigned char key_val;
read(fd, &key_val, 1); //读取按键值，这就是为什么把fd作为全局变量的原因
printf("key_val:0x%x\n", key_val);
}
int main(int argc, char **argv)
{
unsigned char key_val;
int ret;
int Oflags;
//做什么事情，需要一个信号处理函数
//在应用程序中捕捉SIGIO信号(由驱动程序发送)，接受到SIGIO信号时，执行my_signal_fun函数
signal(SIGIO, my_signal_fun); //SIGIO：表示IO口有数据让你读和写
fd = open("/dev/buttons", O_RDWR);
if (fd < 0)
{
printf("can't open!\n");
}
//把进程ID号告诉给驱动程序，否则驱动不知道发给谁
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); // 告诉内核，发给谁
//获取fd的打开方式
Oflags = fcntl(fd, F_GETFL);//通过F_GETFL读出flags，在flags上置上"FASYNC"位
//支持F_SETFL命令的处理，每当FASYNC标志改变时， ※※驱动程序中的fasync()函数将得以执行
//将fd的打开方式设置为FASYNC---即 支持异步通知
//该行代码执行会触发 驱动程序中 file_operation->fasync函数 ---函数
//调用fasync_helper初始化一个fasync_struct结构体，该结构体描述了将要发送信号的进程PID(fasync_struct->fa_file->f_fowner->p_id)
fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC); // 改变fasync标记，最终会调用到驱动的fasync > fasync_helper：初始化/释放fasync_struct
/* 主函数只用sleep，所有工作在"信号处理函数"中实现 */
while (1)
{
sleep(1000);
}
return 0;
}
Makefile文件：
KERN_DIR = /work/system/linux-2.6.22.6 all: make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean: make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean rm -rf modules.order obj-m += fifth_drv.o