8.中断按键驱动程序之poll机制(详解)

本节继续在上一节中断按键程序里改进,添加poll机制.

那么我们为什么还需要poll机制呢。之前的测试程序是这样：

while ()
{
read(fd, &key_val, );
printf("key_val = 0x%x\n", key_val);
}

在没有poll机制的情况下，大部分时间程序都处在read中休眠的那个位置。如果我们不想让程序停在这个位置，而是希望当有按键按下时，我们再去read，因此我们编写poll函数，测试程序调用poll函数根据返回值，来决定是否执行read函数。

poll机制作用:相当于定时器,设置一定时间使进程等待资源,如果时间到了中断还处于睡眠状态(等待队列),poll机制就会唤醒中断,获取一次资源

1.poll机制内核框架

如下图所示,在用户层上，使用poll或select函数时,和open、read那些函数一样，也要进入内核sys_poll函数里,接下来我们分析sys_poll函数来了解poll机制(位于/fs/select.c)

1.1 sys_poll代码如下:

asmlinkage long sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds,long timeout_msecs)
{
        if (timeout_msecs > )    //参数timeout>0
　　　　{
　　       timeout_jiffies = msecs_to_jiffies(timeout_msecs);  //通过频率来计算timeout时间需要多少计数值
　　　　}
　　　　else
　　　　{
          timeout_jiffies = timeout_msecs;    //如果timeout时间为0,直接赋值
       }
  return do_sys_poll(ufds, nfds, &timeout_jiffies);   //调用do_sys_poll。
}

1.2 然后进入do_sys_poll(位于fs/select.c):

int do_sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds, s64 *timeout)
{
　　... ...
　　/*初始化一个poll_wqueues变量table*/
　　poll_initwait(&table);
　　... ...
　　fdcount = do_poll(nfds, head, &table, timeout);
　　... ...
}

1.3进入poll_initwait函数,发现主要实现以下一句,后面会分析这里:

table ->pt-> qproc=__pollwait;    //__pollwait将在驱动的poll函数里的poll_wait函数用到

1.4然后进入do_poll函数, (位于fs/select.c):

static int do_poll(unsigned int nfds,  struct poll_list *list, struct poll_wqueues *wait,  s64 *timeout)
{
　　……
       for (;;)
　　　{
　　　　……
　　　　set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE);       //设置为等待队列状态
　　　　......
    　　 for (; pfd != pfd_end; pfd++) {             //for循环运行多个poll机制
             　　　　　　/*将pfd和pt参数代入我们驱动程序里注册的poll函数*/
                        if (do_pollfd(pfd, pt))     //若返回非0,count++,后面并退出
　　　　　　　　　　　　　　{  count++;
                           pt = NULL; } }

　　　　……

　　　　/*count非0(.poll函数返回非0)，timeout超时计数到0,有信号在等待*/

     　　if (count || !*timeout || signal_pending(current))
                         　　 break;
　　　　……
　　
　　　　/*进入休眠状态,只有当timeout超时计数到0,或者被中断唤醒才退出,*/
    　　　　 __timeout = schedule_timeout(__timeout);

　　　　……

　　 }

__set_current_state(TASK_RUNNING);  //开始运行
return count;

}

1.4.1上面do_pollfd函数到底是怎么将pfd和pt参数代入的?代码如下(位于fs/select.c):

static inline unsigned int do_pollfd(struct pollfd *pollfd, poll_table *pwait)
{
　　　　　　……
         if (file->f_op && file->f_op->poll)
         mask = file->f_op->poll(file, pwait);
　　　　　　……

return mask;
}

上面file->f_op 就是我们驱动里的file_oprations结构体,如下图所示:

所以do_pollfd(pfd, pt)就执行了我们驱动程序里的.poll(pfd, pt)函数(第2小节开始分析.poll函数)

1.4.2当poll进入休眠状态后，又是谁来唤醒它?这就要分析我们的驱动程序.poll函数(第2小节开始分析.poll函数)

2写驱动程序.poll函数,并分析.poll函数：

在上一节驱动程序里添加以下代码:

  #include <linux/poll.h>                //添加头文件
  
 /*   .poll驱动函数:  third_poll        */
static unsigned int third_poll(struct file *fp, poll_table * wait)  //fp:文件  wait:
{
         unsigned int mask =;
         poll_wait(fp, &button_wait, wait);
         if(even_press)              //中断事件标志, 1:退出休眠状态     0:进入休眠状态
         mask |= POLLIN | POLLRDNORM ;
         return mask;     //当超时,就返给应用层为0 ,被唤醒了就返回POLLIN | POLLRDNORM ;

}

static struct file_operations third_drv_fops={
         .owner = THIS_MODULE,
         .open = third_drv_open,
         .read = third_drv_read,
    　　 .release=third_drv_class,
    　　 .poll = third_poll,           //创建.poll函数
};

2.1 在我们1.4小节do_poll函数有一段以下代码:

if (do_pollfd(pfd, pt))     //若返回非0,count++,后面并退出
{      
　　　　 count++;
        pt = NULL;
         }

且在1.4.1分析出: do_pollfd(pfd, pt)就是指向的驱动程序third_poll()函数,

所以当我们有按键按下时, 驱动函数third_poll()就会返回mask非0值,然后在内核函数do_poll里的count就++,poll机制并退出睡眠.

2.2分析在内核中poll机制如何被驱动里的中断唤醒的

在驱动函数third_poll()里有以下一句:

 poll_wait(fp, &button_wait, wait);

如上图所示,代入参数,poll_wait()就是执行了: p->qproc(filp, button_wait, p);

刚好对应了我们1.3小节的:

table ->pt-> qproc=__pollwait;

所以poll_wait()函数就是调用了: __pollwait(filp, button_wait, p);

然后我们来分析__pollwait函数，pollwait的代码如下：

static void __pollwait(struct file  *filp, wait_queue_head_t  *wait_address,poll_table  *p)
{
 　　... ...
　　 //把current进程挂载到&entry->wait下
　　 init_waitqueue_entry(&entry->wait, current);

　　 //再&entry->wait把添加到到button_wait中断下
　　 add_wait_queue(wait_address, &entry->wait);

}

它是将poll进程添加到了button_wait中断队列里,这样，一有按键按下时，在中断服务函数里就会唤醒button_wait中断，同样也会唤醒poll机制,使poll机制重新进程休眠计数

2.3 驱动程序.poll函数返回值介绍

当中断休眠状态时，返回mask为0

当运行时返回：mask |= POLLIN | POLLRDNORM

其中参数意义如下:

常量	说明
POLLIN	普通或优先级带数据可读
POLLRDNORM	normal普通数据可读
POLLRDBAND	优先级带数据可读
POLLPRI	Priority高优先级数据可读
POLLOUT	普通数据可写
POLLWRNORM	normal普通数据可写
POLLWRBAND	band优先级带数据可写
POLLERR	发生错误
POLLHUP	发生挂起
POLLNVAL	描述字不是一个打开的文件

所以POLLIN | POLLRDNORM:普通数据可读|优先级带数据可读

mask就返回到应用层poll函数,

3.改进测试程序third_poll_text.c(添加poll函数)

在linux中可以通过man poll 来查看poll函数如何使用

poll函数原型如下（#include <poll.h>）:

int poll(struct pollfd *fds, nfds_t nfds, int timeout);

参数介绍:

1) *fds:是一个poll描述符结构体数组(可以处理多个poll),结构体pollfd如下:

  struct pollfd {
               int   fd;         /* file descriptor 文件描述符*/
               short events;     /* requested events 请求的事件*/
               short revents;    /* returned events 返回的事件(函数返回值)*/
           };

其中events和revents值参数如下:

常量	说明
POLLIN	普通或优先级带数据可读
POLLRDNORM	normal普通数据可读
POLLRDBAND	优先级带数据可读
POLLPRI	Priority高优先级数据可读
POLLOUT	普通数据可写
POLLWRNORM	normal普通数据可写
POLLWRBAND	band优先级带数据可写
POLLERR	发生错误
POLLHUP	发生挂起
POLLNVAL	描述字不是一个打开的文件

2) nfds:表示多少个poll,如果1个,就填入1

3) timeout:定时多少ms

返回值介绍:

返回值为0:表示超时或者fd文件描述符无法打开

返回值为 -1:表示错误

返回值为>0时 :就是以下几个常量

常量	说明
POLLIN	普通或优先级带数据可读
POLLRDNORM	normal普通数据可读
POLLRDBAND	优先级带数据可读
POLLPRI	Priority高优先级数据可读
POLLOUT	普通数据可写
POLLWRNORM	normal普通数据可写
POLLWRBAND	band优先级带数据可写
POLLERR	发生错误
POLLHUP	发生挂起
POLLNVAL	描述字不是一个打开的文件

最终改进的测试代码如下:

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>                 //添加poll头文件

/*useg:    thirdtext   */
int main(int argc,char **argv)
{
  int fd,ret;
  unsigned int val=;
  struct pollfd fds;                          //定义poll文件描述结构体
  fd=open("/dev/buttons",O_RDWR);          
 if(fd<)
        {printf("can't open!!!\n");
        return -;}

  fds.fd=fd;
  fds.events= POLLIN;           //请求类型是 普通或优先级带数据可读

 while()
 {

       ret=poll(&fds,,) ;           //一个poll, 定时5000ms,进入休眠状态
                  if(ret==)                        //超时
                   {
                             printf("time out \r\n");
                   }
                   else if(ret>)                   //poll机制被唤醒，表示有数据可读
                   {
                            read(fd,&val,);         //读取一个值
                            printf("key_val=0X%x\r\n",val);
                   }
 }
 return ;
}

 效果如下:

若5S没有数据,则打印time out

下节开始学习——使用异步通知来通知信号