【嵌入式Linux驱动开发】九、引入中断的概念，了解按键驱动框架(详解异步通知)

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。

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、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。

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)。

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。

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

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 <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
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;
}