一、异步通知机制

从按键的实现方式来说，可以分为以下几种方式

查询方式，极度耗费CPU资源中断方式，平时休眠，按键按下，唤醒休眠poll机制，不需要一直read，根据poll返回值来决定是否read

以上都是应用程序主动去read。

下面来介绍异步通知实现按键，由驱动程序，提醒应用程序有按键按下了，告诉应用程序现在需要去read了。

1测试应用程序，命令行发信号

（1）进程间发信号如何实现呢：

我们可以通过ps查看某个应用程序的PID是多少。然后执行：

Kill -9 PID来杀死这个应用程序进程。当然我们可以自定义一些信号类型，发送给应用程序，执行相应的方法。

（2）我们写一个测试应用程序，然后给这个应用程序发信号，当应用程序收到这个信号后，执行配置好的方法，代码如下：

#include <stdio.h> #include <signal.h> void my_signal_fun(int signum) { static int cnt = 0; printf("signal = %d, %d times\n", signum, ++cnt); } int main(int argc, char **argv) { signal(SIGUSR1, my_signal_fun); while (1) { sleep(1000); } return 0; } （3）编译测试

arm-linux-gcc -o signaltest signal.c

cp signaltest /work/nfs_root/

# ./signaltest  &

Kill –USR1 791

Kill  -9 791：退出PID=791的应用程序（-9是默认的）

信号和中断有点像，都有一个回调函数，当事件发生后调用这个函数。

2修改按键驱动程序，由驱动给应用程序发信号。首先明确要素：

要注册一个信号处理函数发信号发给谁怎么发

内核中搜索kill_fasync参考rtc字符设备：

来写button_async相关的初始化内容。并在file_operations中加入.fasync函数定义，以便应用程序中可以调用。

应用程序如何调用fasync函数呢？

fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());//  fcntl的F_SETOWN指令设置当前进程为设备文件owner，告诉内核发给谁，当前进程 Oflags = fcntl(fd, F_GETFL);     //获取fd的打开方式     //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_operations->fasync 函数 ------fasync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_owner->pid)   fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC); //改变flag  此时驱动会调用fifth_drv_fasync函数 对button_async进行初始化

当调用fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);的时候会调用到驱动中的fifth_drv_fasync函数，对button_async初始化

当按键按下时，会出发中断处理函数buttons_irq执行，此时kill_fasync会执行，会向应用程序发SIGIO信号，发给哪个应用程序呢？（fasync_struct）button_async指定了PID.触发应用程序的SIGIO信号处理函数 。因此button_async这个结构体一定要提前初始化，告诉PID号。

因此在驱动程序中加了这个函数：fifth_drv_fasync，一遍应用程序来调用。fifth_drv_fasync函数中调用fasync_helper (fd, filp, on, &button_async)函数来初始化button_async这个变量。fd是当前应用程序，含有了进程的PID信息。

（1）驱动程序如下

#include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/init.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/irq.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/irq.h> #include <asm/io.h> #include <asm/arch/regs-gpio.h> #include <asm/hardware.h> #include <linux/poll.h> static struct class *fifthdrv_class; static struct class_device *fifthdrv_class_dev; volatile unsigned long *gpfcon; volatile unsigned long *gpfdat; volatile unsigned long *gpgcon; volatile unsigned long *gpgdat; static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq); /* 中断事件标志, 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; 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 key_val; struct pin_desc pins_desc[4] = { {S3C2410_GPF0, 0x01}, {S3C2410_GPF2, 0x02}, {S3C2410_GPG3, 0x03}, {S3C2410_GPG11, 0x04}, }; /* * 确定按键值 */ static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id) { struct pin_desc * pindesc = (struct pin_desc *)dev_id; unsigned int pinval; pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin); if (pinval) { /* 松开 */ key_val = 0x80 | pindesc->key_val; } else { /* 按下 */ key_val = pindesc->key_val; } ev_press = 1; /* 表示中断发生了 */ wake_up_interruptible(&button_waitq); /* 唤醒休眠的进程 */ //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); 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GPG3,11为输入引脚 */ request_irq(IRQ_EINT0, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S2", &pins_desc[0]); request_irq(IRQ_EINT2, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S3", &pins_desc[1]); request_irq(IRQ_EINT11, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S4", &pins_desc[2]); request_irq(IRQ_EINT19, buttons_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 */ wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press); /* 如果有按键动作, 返回键值 */ copy_to_user(buf, &key_val, 1); ev_press = 0; 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(file, &button_waitq, wait); // 不会立即休眠 if (ev_press) mask |= POLLIN | POLLRDNORM; return mask; } static int fifth_drv_fasync (int fd, struct file *filp, int on) { printk("driver: fifth_drv_fasync\n"); return fasync_helper (fd, filp, on, &button_async); } static struct file_operations sencod_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", &sencod_drv_fops); fifthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "fifth_drv"); fifthdrv_class_dev = class_device_create(fifthdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons"); /* /dev/buttons */ gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16); gpfdat = gpfcon + 1; gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16); gpgdat = gpgcon + 1; 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"); （2）测试程序

#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <poll.h> #include <signal.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> /* fifthdrvtest */ int fd; void my_signal_fun(int signum) { unsigned char key_val; read(fd, &key_val, 1); printf("key_val: 0x%x\n", key_val); } int main(int argc, char **argv) { unsigned char key_val; int ret; int Oflags; signal(SIGIO, my_signal_fun);// 在应用程序中捕捉SIGIO信号（由驱动程序发送）接收到SIGIO信号时 执行my_signal_fun函数 fd = open("/dev/buttons", O_RDWR); if (fd < 0) { printf("can't open!\n"); } fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); //告诉内核发给谁，当前进程 fcntl的F_SETOWN指令设置当前进程为设备文件owner Oflags = fcntl(fd, F_GETFL); //获取fd的打开方式 //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_operations->fasync 函数 ------fasync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_owner->pid) fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC); //改变flag 此时驱动会调用fifth_drv_fasync函数 对button_async进行初始化 while (1) { sleep(1000); } return 0; }

运行结果：

（3）需要注意的地方

1.kill  -9 pid 杀死某个应用程序进程

2. man 函数名：查看函数所需的头文件和使用方法

3.fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);的调用会调用内核中的.fasync=  fifth_drv_fasync,函数。并非应用于驱动中的名字完全一致。

fcntl系统调用

int fcntl(int fd, int cmd, long arg); fcntl的作用是改变一个已打开文件的属性，fd是要改变的文件的描述符，cmd是命令罗列如下： F_DUPFD, F_GETFD, F_SETFD, F_GETFL, F_SETFL, F_SETLK, F_SETLKW, F_GETLK, F_GETOWN, F_SETOWN 本节只关心F_SETOWN（设置异步IO所有权），F_GETFL（获取文件flags），F_SETFL（设置文件flags） arg是要改变的属性内容

二、原子操作

(1)同一时刻只能有一个应用程序打开 /dev/buttons

常规思想的漏洞

（2）原子操作  

读出 修改返回 不能被打断

原子操作指的是在执行过程中不会被别的代码路径所中断的操作。

常用原子操作函数举例：

atomic_t v = ATOMIC_INIT(0);     //定义原子变量v并初始化为0

atomic_read(atomic_t *v);        //返回原子变量的值

void atomic_inc(atomic_t *v);    //原子变量增加1

void atomic_dec(atomic_t *v);    //原子变量减少1

int atomic_dec_and_test(atomic_t *v); //自减操作后测试其是否为0，为0则返回true，否则返回false。

（3）代码中：

static atomic_t canopen =ATOMIC_INIT(1);     //定义原子变量并初始化为1

static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file) { if (!atomic_dec_and_test(&canopen))//判断 自减操作后测试其是否为0 { atomic_inc(&canopen);//加1操作 return -EBUSY; }。。

}

三、互斥

（1）信号量

信号量（semaphore）是用于保护临界区的一种常用方法，只有得到信号量的进程才能执行临界区代码。

当获取不到信号量时，进程进入休眠等待状态。

定义信号量

struct semaphore sem;

初始化信号量

void sema_init (struct semaphore *sem, intval);

void init_MUTEX(struct semaphore *sem);//初始化为0

static DECLARE_MUTEX(button_lock);     //定义互斥锁

获得信号量

void down(struct semaphore * sem);//没返回值

int down_interruptible(struct semaphore *sem);

int down_trylock(struct semaphore * sem);//有返回值

释放信号量

void up(struct semaphore * sem);

（2）

static DECLARE_MUTEX(button_lock);     //定义互斥锁

static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file){

        /*获取信号量 */

//第一次获取的话可以获取信号量，第二次不能获取，会休眠（只有第一个应用释放掉信号量才会唤醒）。

              down(&button_lock);

}

释放：

int sixth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)

{

up(&button_lock);

}

四、阻塞与非阻塞

阻塞非阻塞只不过是两种处理方式而已。open是传入参数。

阻塞：不反回

非阻塞：立刻返回

（1）实现方法

open传入标志，驱动中对标志处理

默认为阻塞

非阻塞：

fd = open("/dev/buttons", O_RDWR | O_NONBLOCK);

（2）

非阻塞：判断是否有按键按下，没有就返回

阻塞：判断是否有按键按下，没有就休眠

filp->f_flags& O_NONBLOCK 中，O_NONBLOCK表示不等待，struct file结构体描述了文件描述符，即一个打开的文件（包括设备文件）信息，如果一个文件描述符设置了O_NONBLOCK，表示非阻塞的操作，显然，非阻塞操作的意思是，操作这个文件，例如读，即使没有数据，读仍然不等待，而是返回-EAGAIN，-EAGAIN的意思是again的意思，即要求用户try again。

down_trylock：如果无法获取信号量就返回

（3）阻塞运行结果：

（4）非阻塞应用

Open加上

fd = open("/dev/buttons", O_RDWR | O_NONBLOCK); if (fd < 0) { printf("can't open!\n"); return -1; } while (1) { ret = read(fd, &key_val, 1); printf("key_val: 0x%x, ret = %d\n", key_val, ret); sleep(5); }

五、按键--定时器去抖

1、定时器分析

（1）参数设置

超时时间：mod_timer(&buttons_timer, jiffies+HZ/100);jiffies+HZ 为1S  10MS ：HZ/100

处理函数：timer.function

（2）搜索add_timer；参考 Aha152x.c (drivers\scsi)

定义结构体

       structtimer_list timer;

初始化

       init_timer(&timer);

       timer.function= (void (*)(unsigned long)) timer_expired;

使用

       add_timer(&timer);//定时器告诉内核，超时时间到调用函数

（3）每个10MS系统时钟中断

（4）超时时间：

       mod_timer(&buttons_timer,jiffies+HZ/100); /* 10ms后启动定时器 */

2、代码

（1）驱动代码

#include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/init.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/irq.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/irq.h> #include <asm/io.h> #include <asm/arch/regs-gpio.h> #include <asm/hardware.h> #include <linux/poll.h> static struct class *sixthdrv_class; static struct class_device *sixthdrv_class_dev; volatile unsigned long *gpfcon; volatile unsigned long *gpfdat; volatile unsigned long *gpgcon; volatile unsigned long *gpgdat; static struct timer_list buttons_timer; static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq); /* 中断事件标志, 中断服务程序将它置1，sixth_drv_read将它清0 */ static volatile int ev_press = 0; static struct fasync_struct *button_async; 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 key_val; struct pin_desc pins_desc[4] = { {S3C2410_GPF0, 0x01}, {S3C2410_GPF2, 0x02}, {S3C2410_GPG3, 0x03}, {S3C2410_GPG11, 0x04}, }; static struct pin_desc *irq_pd; //static atomic_t canopen = ATOMIC_INIT(1); //定义原子变量并初始化为1 static DECLARE_MUTEX(button_lock); //定义互斥锁 /* * 确定按键值 */ static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id) { /* 10ms后启动定时器 */ irq_pd = (struct pin_desc *)dev_id;//发生中断时的引脚ID mod_timer(&buttons_timer, jiffies+HZ/100);//jiffies+HZ 为1S 10MS ：HZ/100 return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED); } static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file) { #if 0 if (!atomic_dec_and_test(&canopen)) { atomic_inc(&canopen); return -EBUSY; } #endif if (file->f_flags & O_NONBLOCK) { if (down_trylock(&button_lock)) return -EBUSY; } else { /* 获取信号量 */ down(&button_lock); } /* 配置GPF0,2为输入引脚 */ /* 配置GPG3,11为输入引脚 */ request_irq(IRQ_EINT0, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S2", &pins_desc[0]); request_irq(IRQ_EINT2, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S3", &pins_desc[1]); request_irq(IRQ_EINT11, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S4", &pins_desc[2]); request_irq(IRQ_EINT19, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S5", &pins_desc[3]); return 0; } ssize_t sixth_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 { /* 如果没有按键动作, 休眠 */ wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press); } /* 如果有按键动作, 返回键值 */ copy_to_user(buf, &key_val, 1); ev_press = 0; return 1; } int sixth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file) { //atomic_inc(&canopen); 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]); up(&button_lock); return 0; } static unsigned sixth_drv_poll(struct file *file, poll_table *wait) { unsigned int mask = 0; poll_wait(file, &button_waitq, wait); // 不会立即休眠 if (ev_press) mask |= POLLIN | POLLRDNORM; return mask; } static int sixth_drv_fasync (int fd, struct file *filp, int on) { printk("driver: sixth_drv_fasync\n"); return fasync_helper (fd, filp, on, &button_async); } static struct file_operations sencod_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 = sixth_drv_open, .read = sixth_drv_read, .release = sixth_drv_close, .poll = sixth_drv_poll, .fasync = sixth_drv_fasync, }; int major; static void buttons_timer_function(unsigned long data) { struct pin_desc * pindesc = irq_pd; unsigned int pinval; if (!pindesc) return; pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin); if (pinval) { /* 松开 */ key_val = 0x80 | pindesc->key_val; } else { /* 按下 */ key_val = pindesc->key_val; } ev_press = 1; /* 表示中断发生了 */ wake_up_interruptible(&button_waitq); /* 唤醒休眠的进程 */ kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN); } static int sixth_drv_init(void) { init_timer(&buttons_timer); buttons_timer.function = buttons_timer_function; //buttons_timer.expires = 0;//上来会产生 add_timer(&buttons_timer); major = register_chrdev(0, "sixth_drv", &sencod_drv_fops); sixthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "sixth_drv"); /* 为了让mdev根据这些信息来创建设备节点 */ sixthdrv_class_dev = class_device_create(sixthdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons"); /* /dev/buttons */ gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16); gpfdat = gpfcon + 1; gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16); gpgdat = gpgcon + 1; return 0; } static void sixth_drv_exit(void) { unregister_chrdev(major, "sixth_drv"); class_device_unregister(sixthdrv_class_dev); class_destroy(sixthdrv_class); iounmap(gpfcon); iounmap(gpgcon); return 0; } module_init(sixth_drv_init); module_exit(sixth_drv_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); （2）测试程序

#include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <stdio.h> #include <poll.h> #include <signal.h> #include <sys/types.h> #include <unistd.h> #include <fcntl.h> /* sixthdrvtest */ int fd; void my_signal_fun(int signum) { unsigned char key_val; read(fd, &key_val, 1); printf("key_val: 0x%x\n", key_val); } int main(int argc, char **argv) { unsigned char key_val; int ret; int Oflags; //signal(SIGIO, my_signal_fun); fd = open("/dev/buttons", O_RDWR); if (fd < 0) { printf("can't open!\n"); return -1; } //fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); //Oflags = fcntl(fd, F_GETFL); //fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC); while (1) { ret = read(fd, &key_val, 1); printf("key_val: 0x%x, ret = %d\n", key_val, ret); //sleep(5); } return 0; } （3）makefile

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 += buttons.o