字符设备驱动程序之poll机制

前面的按键中断驱动，只能实现当有按键按下的时候，输出，平时cpu处于休眠状态。如果我想实现，休眠一段时间执行一些指令，当有中断发生时，cpu又可以立即响应。那就得用poll机制。

poll机制分析

韦东山 2009.12.10

所有的系统调用，基于都可以在它的名字前加上“sys_”前缀，这就是它在内核中对应的函数。比如系统调用open、read、write、poll，与之对应的内核函数为：sys_open、sys_read、sys_write、sys_poll。

一、内核框架：

对于系统调用poll或select，它们对应的内核函数都是sys_poll。分析sys_poll，即可理解poll机制。

1. sys_poll函数位于fs/select.c文件中，代码如下：

asmlinkage long sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds,

long timeout_msecs)

{

s64 timeout_jiffies;

if (timeout_msecs > 0) {

#if HZ > 1000

/* We can only overflow if HZ > 1000 */

if (timeout_msecs / 1000 > (s64)0x7fffffffffffffffULL / (s64)HZ)

timeout_jiffies = -1;

else

#endif

timeout_jiffies = msecs_to_jiffies(timeout_msecs);

} else {

/* Infinite (< 0) or no (0) timeout */

timeout_jiffies = timeout_msecs;

}

return do_sys_poll(ufds, nfds, &timeout_jiffies);

}

它对超时参数稍作处理后，直接调用do_sys_poll。

2. do_sys_poll函数也位于位于fs/select.c文件中，我们忽略其他代码：

int do_sys_poll(struct pollfd __user *ufds, unsigned int nfds, s64 *timeout)

{

……

poll_initwait(&table);

……

fdcount = do_poll(nfds, head, &table, timeout);

……

}

poll_initwait函数非常简单，它初始化一个poll_wqueues变量table：

poll_initwait > init_poll_funcptr(&pwq->pt, __pollwait); > pt->qproc = qproc;

即table->pt->qproc = __pollwait，__pollwait将在驱动的poll函数里用到。

3. do_poll函数位于fs/select.c文件中，代码如下：

static int do_poll(unsigned int nfds, struct poll_list *list,

struct poll_wqueues *wait, s64 *timeout)

{

01 ……

02 for (;;) {

03 ……

04 if (do_pollfd(pfd, pt)) {

05 count++;

06 pt = NULL;

07 }

08 ……

09 if (count || !*timeout || signal_pending(current))

10 break;

11 count = wait->error;

12 if (count)

13 break;

15 if (*timeout < 0) {

16 /* Wait indefinitely */

17 __timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT;

18 } else if (unlikely(*timeout >= (s64)MAX_SCHEDULE_TIMEOUT-1)) {

19 /*

20 * Wait for longer than MAX_SCHEDULE_TIMEOUT. Do it in

21 * a loop

22 */

23 __timeout = MAX_SCHEDULE_TIMEOUT - 1;

24 *timeout -= __timeout;

25 } else {

26 __timeout = *timeout;

27 *timeout = 0;

28 }

30 __timeout = schedule_timeout(__timeout);

31 if (*timeout >= 0)

32 *timeout += __timeout;

33 }

34 __set_current_state(TASK_RUNNING);

35 return count;

36 }

分析其中的代码，可以发现，它的作用如下：

① 从02行可以知道，这是个循环，它退出的条件为：

a. 09行的3个条件之一(count非0，超时、有信号等待处理)

count非0表示04行的do_pollfd至少有一个成功。

b. 11、12行：发生错误

② 重点在do_pollfd函数，后面再分析

③ 第30行，让本进程休眠一段时间，注意：应用程序执行poll调用后，如果①②的条件不满足，进程就会进入休眠。那么，谁唤醒呢？除了休眠到指定时间被系统唤醒外，还可以被驱动程序唤醒──记住这点，这就是为什么驱动的poll里要调用poll_wait的原因，后面分析。

4. do_pollfd函数位于fs/select.c文件中，代码如下：

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);

……

}

可见，它就是调用我们的驱动程序里注册的poll函数。

二、驱动程序：

驱动程序里与poll相关的地方有两处：一是构造file_operation结构时，要定义自己的poll函数。二是通过poll_wait来调用上面说到的__pollwait函数，pollwait的代码如下：

static inline void poll_wait(struct file * filp, wait_queue_head_t * wait_address, poll_table *p)

{

if (p && wait_address)

p->qproc(filp, wait_address, p);

}

p->qproc就是__pollwait函数，从它的代码可知，它只是把当前进程挂入我们驱动程序里定义的一个队列里而已。它的代码如下：

static void __pollwait(struct file *filp, wait_queue_head_t *wait_address,

poll_table *p)

{

struct poll_table_entry *entry = poll_get_entry(p);

if (!entry)

return;

get_file(filp);

entry->filp = filp;

entry->wait_address = wait_address;

init_waitqueue_entry(&entry->wait, current);

add_wait_queue(wait_address, &entry->wait);

}

执行到驱动程序的poll_wait函数时，进程并没有休眠，我们的驱动程序里实现的poll函数是不会引起休眠的。让进程进入休眠，是前面分析的do_sys_poll函数的30行“__timeout = schedule_timeout(__timeout)”。

poll_wait只是把本进程挂入某个队列，应用程序调用poll > sys_poll >do_sys_poll > poll_initwait，do_poll > do_pollfd > 我们自己写的poll函数后，再调用schedule_timeout进入休眠。如果我们的驱动程序发现情况就绪，可以把这个队列上挂着的进程唤醒。可见，poll_wait的作用，只是为了让驱动程序能找到要唤醒的进程。即使不用poll_wait，我们的程序也有机会被唤醒：chedule_timeout(__timeout)，只是要休眠__time_out这段时间。

现在来总结一下poll机制：

1. poll > sys_poll > do_sys_poll > poll_initwait，poll_initwait函数注册一下回调函数__pollwait，它就是我们的驱动程序执行poll_wait时，真正被调用的函数。

2. 接下来执行file->f_op->poll，即我们驱动程序里自己实现的poll函数

它会调用poll_wait把自己挂入某个队列，这个队列也是我们的驱动自己定义的；

它还判断一下设备是否就绪。

3. 如果设备未就绪，do_sys_poll里会让进程休眠一定时间

4. 进程被唤醒的条件有2：一是上面说的“一定时间”到了，二是被驱动程序唤醒。驱动程序发现条件就绪时，就把“某个队列”上挂着的进程唤醒，这个队列，就是前面通过poll_wait把本进程挂过去的队列。

5. 如果驱动程序没有去唤醒进程，那么chedule_timeout(__timeou)超时后，会重复2、3动作，直到应用程序的poll调用传入的时间到达。

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 *forthdrv_class;
static struct class_device  *forthdrv_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，forth_drv_read将它清0 */
static volatile int ev_press = 0;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 */return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}static int forth_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 forth_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 forth_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 forth_drv_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{unsigned int mask = 0;poll_wait(file, &button_waitq, wait); // 不会立即休眠  把当前进程挂到button_waitq队列中去if (ev_press)mask |= POLLIN | POLLRDNORM;return mask;
}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    =  forth_drv_open,     .read     = forth_drv_read,    .release =  forth_drv_close,.poll    =  forth_drv_poll,
};int major;
static int forth_drv_init(void)
{major = register_chrdev(0, "forth_drv", &sencod_drv_fops);forthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "forth_drv");forthdrv_class_dev = class_device_create(forthdrv_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 forth_drv_exit(void)
{unregister_chrdev(major, "forth_drv");class_device_unregister(forthdrv_class_dev);class_destroy(forthdrv_class);iounmap(gpfcon);iounmap(gpgcon);return 0;
}module_init(forth_drv_init);module_exit(forth_drv_exit);MODULE_LICENSE("GPL");

测试程序如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <poll.h>/* forthdrvtest */
int main(int argc, char **argv)
{int fd;unsigned char key_val;int ret;struct pollfd fds[1];fd = open("/dev/buttons", O_RDWR);if (fd < 0){printf("can't open!\n");}fds[0].fd     = fd;fds[0].events = POLLIN;while (1){ret = poll(fds, 1, 5000);if (ret == 0){printf("time out\n");}else{read(fd, &key_val, 1);printf("key_val = 0x%x\n", key_val);}}return 0;
}

关于poll的用法可以在服务器端输入：man poll

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