Linux驱动技术(四) _异步通知技术

异步通知的全称是”信号驱动的异步IO”,通过”信号”的方式,放期望获取的资源可用时,驱动会主动通知指定的应用程序,和应用层的”信号”相对应,这里使用的是信号”SIGIO”。操作步骤是

  1. 应用层程序将自己注册为接收来自设备文件的SIGIO信号的进程
  2. 驱动实现相应的接口,以期具有向所有注册接收这个设备驱动SIGIO信号的应用程序发SIGIO信号的能力。
  3. 驱动在适当的位置调用发送函数,应用程序即可接收到SIGIO信号。

整个机制的框架:

381

应用层接收SIGIO

和其他信号一样,应用层需要注册一个信号处理函数,

注册的方式还是使用signal()或sigaction()

此外,应用层还需要把自己加入到驱动的通知链表中,加入的代码如下

  1. fcntl(dev_fd,F_SETOWN,getpid());
  2. int oflags = fcntl(dev_fd,F_GETFL);
  3. fcntl(dev_fd,F_SETFL,oflags|FASYNC);
  4. …while(1);

完成了上面的工作,应用层的程序就可以静待SIGIO的到来了。

驱动发送SIGIO

应用层注册好了,最终的发送还是看设备驱动的处理方式,为了使设备支持异步通知机制,参照应用层的接口,驱动程序中涉及3项工作。

  1. 支持F_SETOWN命令,能在这个命令中下设置filp->f_owner为对应进程的ID,这部分内核已经做了
  2. 支持F_SETFL,每当FASYNC标志改变时,驱动程序中的fasync()将得以执行,so,驱动中要实现fasync()。
  3. 当设备资源可用时,通过kill_fasync()发送SIGIO

为了在内核中实现上面这三个功能,驱动需要使用1个结构+2个API,结构是struct fasync_struct,函数是fasync_helper()和kill_fasync()

  1. struct fasync_struct {
  2.         spinlock_t              fa_lock;
  3.         int                     magic;
  4.         int                     fa_fd;
  5.         struct fasync_struct    *fa_next; /* singly linked list */
  6.         struct file             *fa_file;
  7.         struct rcu_head         fa_rcu;
  8. };

fasync_helper()的作用是将一个fasync_struct的对象注册进内核,应用层执行fcntl(dev_fd,F_SETFL,oflags|FASYNC)时会回调驱动的fops.fasync(),所以通常将fasync_helper()放到fasync()的实现中。

  1. /**
  2.  *fasync_helper – 将一个fasync_struct对象注册进内核
  3.  *@fd:文件描述符,由fasync传入
  4.  *@filp:file指针,由fasync传入
  5.  *@sig:信号类型,通常使用的就是SIGIO
  6.  *@dev_fasync:事前准备的fasync_struct对象指针的指针
  7.  */
  8. int fasync_helper(int fd, struct file * filp, int sig, struct fasync_struct ** dev_fasync);

下面这个API就是释放SIGIO,根据需求的不同放到不同的位置。

  1. /**
  2.  *kill_fasync – 释放一个信号
  3.  *@dev_fasync:事前使用fasync_helper注册进内核的fasync_struct对象指针的指针
  4.  *@filp:file指针,由fasync传入
  5.  *@sig:信号类型,通常使用的就是SIGIO
  6.  *@flag:标志,通常,如果资源可读用POLLIN,如果资源可写用POLLOUT
  7.  */
  8. void kill_fasync(struct fasync_struct **dev_fasync, int sig, int flag);

驱动模板

下面这个驱动模板针对在硬件中断到来(资源可用)的时候向应用层发信号,实际的操作中表明资源可用的情境还有很多

  1. static struct fasync_struct *fasync = NULL;static irqreturn_t handler(int irq, void *dev)
  2. {
  3.     kill_fasync(&fasync, SIGIO, POLLIN);    return IRQ_HANDLED;
  4. }
  5. static int demo_fasync(int fd, struct file *filp, int mode)
  6. {
  7.     return fasync_helper(fd, filp, mode, &fasync);
  8. }
  9. struct file_operations fops = {
  10.     …
  11.     .fasync = demo_fasync,
  12.     …
  13. }
  14. static int __init demo_init(void){
  15.     …
  16.     request_irq(irq, handler, IRQF_TRIGGER_RISING, “demo”NULL);
  17.     …}

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