linux设备驱动开发-高级字符设备操作poll

　　　　在用户程序中，select()和poll()也是与设备阻塞与非阻塞访问息息相关的，使用非阻塞I/O的应用程序通常会使用select和poll系统调用查询是否可对设备进行无阻塞的访问。select系统调用最终会引发设备驱动中的poll函数被执行。

一、select()系统调用：

用于多路监控，当没有一个文件满足要求时，select将阻塞调用进程。

1.select()原型：

int select(int maxfdp,fd_set *readfds,fd_set *writefds,fd_set *exceptfds,const struct timeval *timeout);
/*
*@maxfd : 需要检查的文件描述符个数，数值应该比是三组fd_set中最大数更大(即一般取所有文件描述符的最大值加1)，而不是实际文件描述符的总数。
*@readfds: 用来检查可读性的一组文件描述符。
*@writesfds: 用来检查可写性的一组文件描述符。
*@exceptsfds:用来检查意外状态的文件描述符。(注：错误并不是意外状态)
*@timeout:NULL指针代表无限等待，否则是指向timeval结构的指针，代表最长等待时间。(如果其中tv_sec和tv_usec都等于0, 则文件描述符的状态不被影响，但函数并不挂起)

返回值：

（1）正常情况下返回满足要求的文件描述符个数；

（2）经过了timeout等待后仍无文件满足要求，返回0；

（3）如果select被某个信号中断，将返回-1并设置errno为EINTR；

（4）若出错，返回-1并设置相应的errno；

2.select的使用方法：

（1）将要监控的文件添加到文件描述符集；

（2）调用select开始监控；

（3）判断文件是否发生变化；

3.系统提供四个宏对描述符集进行操作：

void FD_SET(int fd, fd_set *fdset); //将文件描述符fd添加到文件描述符集fdset中；
void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset); //从文件描述符集fdset中清除文件描述符fd；
void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset); //在调用select后使用FD_ISSET来检测文件描述符集中的文件fd发生了变化
void FD_ZERO(fd_set *fdset);//清空文件描述符集

二、Poll方法：

1.poll函数原型：

unsigned int(*poll)(struct file *filp, struct poll_table *wait);
//第一个参数为file结构体指针，第二个参数为轮询表指针。

这个函数应该进行以下两项工作:

（1）对可能引起设备文件状态变化的等待队列调用poll_wait()函数，将对应等待队列添加到poll_table中；

（2）返回表示是否能对设备进行无阻塞可读或可写访问的掩码；

　　位掩码：POLLRDNORM， POLLIN，POLLOUT，POLLWRNORM

　　设备可读，通常返回：(POLLIN | POLLRDNORM)

　　设备可写，通常返回：(POLLOUT | POLLWRNORM)

三、调用过程：

Linux下select调用的过程:

1、用户层应用程序调用select(),底层调用poll())

2、核心层调用sys_select() ------> do_select()

　　最终调用文件描述符fd对应的struct file类型变量的struct file_operations *f_op的poll函数。

　　poll指向的函数返回当前可否读写的信息。

　　1)如果当前可读写，返回读写信息。

　　2)如果当前不可读写，则阻塞进程，并等待驱动程序唤醒，重新调用poll函数，或超时返回。

3、驱动需要实现poll函数。

当驱动发现有数据可以读写时，通知核心层，核心层重新调用poll指向的函数查询信息。

poll_wait(filp,&wait_q,wait) // 此处将当前进程加入到等待队列中，但并不阻塞

在中断中使用wake_up_interruptible(&wait_q)唤醒等待队列。

四、实例分析：

1.memdev.h

#ifndef _MEMDEV_H_
#define _MEMDEV_H_

#ifndef MEMDEV_MAJOR
#define MEMDEV_MAJOR 0   /*预设的mem的主设备号*/
#endif

#ifndef MEMDEV_NR_DEVS
#define MEMDEV_NR_DEVS 2    /*设备数*/
#endif

#ifndef MEMDEV_SIZE
#define MEMDEV_SIZE 4096
#endif
<pre><span style="color:#008000;">/*</span><span style="color:#008000;">mem设备描述结构体</span><span style="color:#008000;">*/</span>
<span style="color:#0000ff;">struct</span> mem_dev
{
<span style="color:#0000ff;">char</span> *data;
unsigned <span style="color:#0000ff;">long</span> size;
wait_queue_head_t inq;
};

<span style="color:#0000ff;">#endif</span> /* _MEMDEV_H_ */

2.memdev.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/system.h>
#include <asm/uaccess.h>

#include <linux/poll.h>
#include "memdev.h"

static mem_major = MEMDEV_MAJOR;
bool have_data = false; /*表明设备有足够数据可供读*/

module_param(mem_major, int, S_IRUGO);

struct mem_dev *mem_devp; /*设备结构体指针*/

struct cdev cdev;

/*文件打开函数*/
int mem_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
struct mem_dev *dev;

/*获取次设备号*/
int num = MINOR(inode->i_rdev);

if (num >= MEMDEV_NR_DEVS)
return -ENODEV;
dev = &mem_devp[num];

/*将设备描述结构指针赋值给文件私有数据指针*/
filp->private_data = dev;

return 0;
}

/*文件释放函数*/
int mem_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}

/*读函数*/
static ssize_t mem_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
unsigned long p =  *ppos;
unsigned int count = size;
int ret = 0;
struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/

/*判断读位置是否有效*/
if (p >= MEMDEV_SIZE)
return 0;
if (count > MEMDEV_SIZE - p)
count = MEMDEV_SIZE - p;

while (!have_data) /* 没有数据可读，考虑为什么不用if，而用while */
{
if (filp->f_flags & O_NONBLOCK)
return -EAGAIN;

wait_event_interruptible(dev->inq,have_data);
}

/*读数据到用户空间*/
if (copy_to_user(buf, (void*)(dev->data + p), count))
{
ret =  - EFAULT;
}
else
{
*ppos += count;
ret = count;

printk(KERN_INFO "read %d bytes(s) from %d\n", count, p);
}

have_data = false; /* 表明不再有数据可读 */
/* 唤醒写进程 */
return ret;
}

/*写函数*/
static ssize_t mem_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
unsigned long p =  *ppos;
unsigned int count = size;
int ret = 0;
struct mem_dev *dev = filp->private_data; /*获得设备结构体指针*/

/*分析和获取有效的写长度*/
if (p >= MEMDEV_SIZE)
return 0;
if (count > MEMDEV_SIZE - p)
count = MEMDEV_SIZE - p;

/*从用户空间写入数据*/
if (copy_from_user(dev->data + p, buf, count))
ret =  - EFAULT;
else
{
*ppos += count;
ret = count;

printk(KERN_INFO "written %d bytes(s) from %d\n", count, p);
}

have_data = true; /* 有新的数据可读 */

/* 唤醒读进程 */
wake_up(&(dev->inq));

return ret;
}

/* seek文件定位函数 */
static loff_t mem_llseek(struct file *filp, loff_t offset, int whence)
{
loff_t newpos;

switch(whence) {
case 0: /* SEEK_SET */
newpos = offset;
break;

case 1: /* SEEK_CUR */
newpos = filp->f_pos + offset;
break;

case 2: /* SEEK_END */
newpos = MEMDEV_SIZE -1 + offset;
break;

default: /* can't happen */
return -EINVAL;
}
if ((newpos<0) || (newpos>MEMDEV_SIZE))
return -EINVAL;

filp->f_pos = newpos;
return newpos;

}
unsigned int mem_poll(struct file *filp, poll_table *wait)
{
struct mem_dev  *dev = filp->private_data;
unsigned int mask = 0;

/*将等待队列添加到poll_table */
poll_wait(filp, &dev->inq,  wait);

if (have_data)         mask |= POLLIN | POLLRDNORM;  /* readable */

return mask;
}

/*文件操作结构体*/
static const struct file_operations mem_fops =
{
.owner = THIS_MODULE,
.llseek = mem_llseek,
.read = mem_read,
.write = mem_write,
.open = mem_open,
.release = mem_release,
.poll = mem_poll,
};

/*设备驱动模块加载函数*/
static int memdev_init(void)
{
int result;
int i;

dev_t devno = MKDEV(mem_major, 0);

/* 静态申请设备号*/
if (mem_major)
result = register_chrdev_region(devno, 2, "memdev");
else  /* 动态分配设备号 */
{
result = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 2, "memdev");
mem_major = MAJOR(devno);
}

if (result < 0)
return result;

/*初始化cdev结构*/
cdev_init(&cdev, &mem_fops);
cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev.ops = &mem_fops;

/* 注册字符设备 */
cdev_add(&cdev, MKDEV(mem_major, 0), MEMDEV_NR_DEVS);

/* 为设备描述结构分配内存*/
mem_devp = kmalloc(MEMDEV_NR_DEVS * sizeof(struct mem_dev), GFP_KERNEL);
if (!mem_devp)    /*申请失败*/
{
result =  - ENOMEM;
goto fail_malloc;
}
memset(mem_devp, 0, sizeof(struct mem_dev));

/*为设备分配内存*/
for (i=0; i < MEMDEV_NR_DEVS; i++)
{
mem_devp[i].size = MEMDEV_SIZE;
mem_devp[i].data = kmalloc(MEMDEV_SIZE, GFP_KERNEL);
memset(mem_devp[i].data, 0, MEMDEV_SIZE);

/*初始化等待队列*/
init_waitqueue_head(&(mem_devp[i].inq));
//init_waitqueue_head(&(mem_devp[i].outq));
}

return 0;

fail_malloc:
unregister_chrdev_region(devno, 1);

return result;
}

/*模块卸载函数*/
static void memdev_exit(void)
{
cdev_del(&cdev);   /*注销设备*/
kfree(mem_devp);     /*释放设备结构体内存*/
unregister_chrdev_region(MKDEV(mem_major, 0), 2); /*释放设备号*/
}

MODULE_AUTHOR("David Xie");
MODULE_LICENSE("GPL");

module_init(memdev_init);
module_exit(memdev_exit);

3.app-write.c

#include <stdio.h>

int main()
{
FILE *fp = NULL;
char Buf[128];

/*打开设备文件*/
fp = fopen("/dev/memdev0","r+");
if (fp == NULL)
{
printf("Open Dev memdev Error!\n");
return -1;
}

/*写入设备*/
strcpy(Buf,"memdev is char dev!");
printf("Write BUF: %s\n",Buf);
fwrite(Buf, sizeof(Buf), 1, fp);

sleep(5);
fclose(fp);

return 0;

}

4.app-read.c

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <errno.h>

int main()
{
int fd;
fd_set rds;
int ret;
char Buf[128];

/*初始化Buf*/
strcpy(Buf,"memdev is char dev!");
printf("BUF: %s\n",Buf);

/*打开设备文件*/
fd = open("/dev/memdev0",O_RDWR);

FD_ZERO(&rds);
FD_SET(fd, &rds);

/*清除Buf*/
strcpy(Buf,"Buf is NULL!");
printf("Read BUF1: %s\n",Buf);

ret = select(fd + 1, &rds, NULL, NULL, NULL);
if (ret < 0)
{
printf("select error!\n");
exit(1);
}
if (FD_ISSET(fd, &rds))
read(fd, Buf, sizeof(Buf));

/*检测结果*/
printf("Read BUF2: %s\n",Buf);

close(fd);

return 0;
}

无意中看到这篇文章，写得非常详细且实用，自己又正想写一篇类似的文章。特此转载

我在补充一个类似的例子，但我觉得可以更好的理解poll的工作,poll 是在每次描述符状态发生变化是调用，并且更具返回值来判断是否需要继续阻塞。

poll的基本使用结构

2 poll / select:
3
4 mypoll(filp, pt)
5 {
6     poll_wait(filp, &wq, pt);      // wq 指定可能睡眠的队列头
7     if (condi)                     // 检查等待的条件是否满足
8        return POLLIN | POLLRDNORM; // 如果满足 则返回相应的标志位
9     return 0;                      // 不满足 则返回0
10 }
11
12 struct file_operations fops = {
13     .poll = mypoll,
14 };

#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/poll.h>

#define SIZE 1024
#define NR   4

static int major = 100, minor = 0;
module_param(major, int, 0400);
module_param(minor, int, 0400);

// =================================================================
struct mypipe_t {
char buf[SIZE];
int in, out;
};

static void mypipe_init(struct mypipe_t *pipe)
{
pipe->in = pipe->out = 0;
}

static int mypipe_is_full(struct mypipe_t *pipe)
{
return (pipe->in + 1) % SIZE == pipe->out;
}

static int mypipe_is_empty(struct mypipe_t *pipe)
{
return pipe->in == pipe->out;
}

static int mypipe_read_one_char(struct mypipe_t *pipe, char *ch)
{
if (mypipe_is_empty(pipe))
{
return -1;
}

*ch = pipe->buf[pipe->out];
pipe->out = (pipe->out + 1) % SIZE;

return 0;
}

static int mypipe_write_one_char(struct mypipe_t *pipe, char ch)
{
if (mypipe_is_full(pipe))
{
return -1;
}

pipe->buf[pipe->in] = ch;
pipe->in = (pipe->in + 1) % SIZE;

return 0;
}

// =================================================================

struct mydev_t {
dev_t devno;
struct cdev cdev;

wait_queue_head_t rq, wq;
struct mypipe_t pipe;
};
struct mydev_t mydev[NR];

//==================================================================

static int myopen(struct inode *inode, struct file *filp)
{
#if 0
//MINOR(inode->i_rdev);
int index = iminor(inode);

filp->private_data = &mydev[index];
#else
filp->private_data = container_of(inode->i_cdev, struct mydev_t, cdev);
#endif

return 0;
}

static ssize_t myread(struct file *filp, char __user *buf,
size_t len, loff_t *off)
{
int i, ret;
char ch;
struct mydev_t *devp = filp->private_data;

ret = wait_event_interruptible(devp->rq, !mypipe_is_empty(&devp->pipe));
if (ret != 0)
{
return -EINTR;
}

for (i = 0; i < len; ++i)
{
ret = mypipe_read_one_char(&devp->pipe, &ch);
if (ret != 0) break;

//buf[i] = ch;
//copy_to_user(&buf[i], &ch, 1);
put_user(ch, &buf[i]);
}

wake_up_interruptible(&devp->wq);

return i;
}

static ssize_t mywrite(struct file *filp, const char __user *buf,
size_t len, loff_t *off)
{
int i, ret;
char ch;
struct mydev_t *devp = filp->private_data;

ret = wait_event_interruptible(devp->wq, !mypipe_is_full(&devp->pipe));
if (ret != 0)
{
return -EINTR;
}

for (i = 0; i < len; ++i)
{
get_user(ch, &buf[i]);

ret = mypipe_write_one_char(&devp->pipe, ch);
if (ret != 0) break;
}

wake_up_interruptible(&devp->rq);

return i;
}

static int myrelease(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}

unsigned int mypoll(struct file *filp, struct poll_table_struct *pt)
{
int mask = 0;
struct mydev_t *devp = filp->private_data;

poll_wait(filp, &devp->rq, pt);
poll_wait(filp, &devp->wq, pt);

if (!mypipe_is_empty(&devp->pipe))
{
mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
}
if (!mypipe_is_full(&devp->pipe))
{
mask |= POLLOUT | POLLWRNORM;
}

return mask;
}

struct file_operations pipe_ops = {
.open    = myopen,
.release = myrelease,
.read    = myread,
.write   = mywrite,
.poll    = mypoll,
};

//==================================================================

static int __init test_init(void)
{
int i;
dev_t devno;
struct mydev_t *devp;

devno = MKDEV(major, minor);
register_chrdev_region(devno, NR, "mypipe");

for (i = 0; i < NR; ++i)
{
devp = &mydev[i];

init_waitqueue_head(&devp->rq);
init_waitqueue_head(&devp->wq);

mypipe_init(&devp->pipe);

cdev_init(&devp->cdev, &pipe_ops);

devno = MKDEV(major, minor + i);
cdev_add(&devp->cdev, devno, 1);
}

return 0;
}

static void __exit test_exit(void)
{
int i;
dev_t devno;
struct mydev_t *devp;

for (i = 0; i < NR; ++i)
{
devp = &mydev[i];

cdev_del(&devp->cdev);
}

devno = MKDEV(major, minor);
unregister_chrdev_region(devno, NR);
}

module_init(test_init);
module_exit(test_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

本文转载：http://www.cnblogs.com/geneil/archive/2011/12/04/2275559.html