Linux高级字符设备驱动

转载：http://www.linuxidc.com/Linux/2012-05/60469p4.htm

1、什么是Poll方法,功能是什么?

2、Select系统调用(功能)
      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。
      int select(int maxfd, fd_set *readfds, fd_set *writefds, fe_set *exceptfds, const struct timeval *timeout)
     Select系统调用(参数)
     1）Maxfd:
           文件描述符的范围,比待检测的最大文件描述符大1
     2）Readfds:
           被读监控的文件描述符集
     3）Writefds:
           被写监控的文件描述符集
     4）Exceptfds:
           被异常监控的文件描述符集;
     5）Timeout:

定时器，Timeout取不同的值,该调用有不同的表现:

1>Timeout值为0,不管是否有文件满足要求,都立刻返回,无文件满足要求返回0,有文件满足要求返回一个正值。
          2>Timeout为NULL,select将阻塞进程,直到某个文件满足要求
          3>Timeout 值 为 正 整 数 , 就 是 等 待 的 最 长 时 间 , 即select在timeout时间内阻塞进程。
3、Select系统调用(返回值)
      Select调用返回时,返回值有如下情况:
      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,返回值为0;
      3）如果select被某个信号中断,它将返回-1并设置errno为EINTR。
      4）如果出错,返回-1并设置相应的errno。
4、Select系统调用(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
        系统提供了4个宏对描述符集进行操作:
        #include <sys/select.h>
        void FD_SET(int fd, fd_set *fdset)
        void FD_CLR(int fd, fd_set *fdset)
        void FD_ZERO(fd_set *fdset)
        void FD_ISSET(int fd, fd_set *fdset)
        宏FD_SET将文件描述符fd添加到文件描述符集fdset中;
        宏FD_CLR从文件描述符集fdset中清除文件描述符fd;
        宏FD_ZERO清空文件描述符集fdset;
        在调用select后使用FD_ISSET来检测文件描述符集fdset中的文件fd发生了变化。
        FD_ZERO(&fds); //清空集合
        FD_SET(fd1,&fds); //设置描述符
        FD_SET(fd2,&fds); //设置描述符
        maxfdp=fd1+1; //描述符最大值加1,假设fd1>fd2
        switch(select(maxfdp,&fds,NULL,NULL,&timeout))
                 case -1: exit(-1);break; //select错误,退出程序
                 case 0:break;
                default:
        if(FD_ISSET(fd1,&fds)) //测试fd1是否可读

5、poll方法

应用程序常常使用select系统调用,它可能会阻塞进程。这个调用由驱动的 poll 方法实现,原型为:unsigned int (*poll)(struct file *filp,poll_table *wait)

Poll设备方法负责完成:
      1）使用poll_wait将等待队列添加到poll_table中。
      2）返回描述设备是否可读或可写的掩码。
      位掩码
      1>POLLIN 设备可读
      2>POLLRDNORM数据可读
      3>POLLOUT\设备可写
      4>POLLWRNORM数据可写
      设备可读通常返回(POLLIN|POLLRDNORM )
      设备可写通常返回(POLLOUT|POLLWRNORM )
6、范例

static unsigned int mem_poll(struct file *filp,poll_table *wait)
{

struct scull_pipe *dev =filp->private_data;
unsigned int mask =0;
/* 把等待队列添加到poll_table */
poll_wait(filp,&dev->inq,wait);
/*返回掩码*/
if (有数据可读)
mask = POLLIN |POLLRDNORM;/*设备可读*/
return mask;

}

7、工作原理
      Poll方法只是做一个登记,真正的阻塞发生在select.c 中的 do_select函数。

8、实例分析

1）poll型设备驱动memdev.h源码

#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

/*mem设备描述结构体*/
struct mem_dev
{
  char *data;
  unsigned long size;

  wait_queue_head_t inq; 

};

#endif /* _MEMDEV_H_ */     

2）Poll型设备驱动memdev.c源码

    #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 ;
    }

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

    /*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 = ;
      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 ;
      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 = ;
      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 ;
      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 : /* SEEK_SET */
            newpos = offset;
            break;

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

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

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

       /*将等待队列添加到poll_table表中 */
        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, );

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

      if (result < )
        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, ), 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, , sizeof(struct mem_dev));

      /*为设备分配内存*/
      for (i=; 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, , MEMDEV_SIZE);

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

      return ;

      fail_malloc:
      unregister_chrdev_region(devno, );

      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, ), ); /*释放设备号*/
    }

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

    module_init(memdev_init);

    module_exit(memdev_exit);

    ）测试程序app-read.c源码

    #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;    //声明描述符集合
        int ret;
        char Buf[];

        /*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);   //清空描述符集合
        FD_SET(fd, &rds); //设置描述符集合

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

        ret = select(fd + , &rds, NULL, NULL, NULL);//调用select（）监控函数
        if (ret < )
        {
            printf("select error!\n");
            exit();
        }
        if (FD_ISSET(fd, &rds))   //测试fd1是否可读
            read(fd, Buf, sizeof(Buf));            

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

        close(fd);

        return ;
    }