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“POLL ”机制：APP执行过程驱动使用的函数应用使用的函数pollfd结构体poll函数事件类型实现原理
poll方式的按键驱动程序(stm32mp157)gpio_key_drv.cbutton_test.cMakefile修改设备树文件编译测试
“POLL ”机制：
使用休眠-唤醒的方式等待某个事件发生时，有一个缺点：等待的时间可能很久。我们可以加上一个超时时间，这时就可以使用 poll 机制。
① APP 不知道驱动程序中是否有数据，可以先调用 poll 函数查询一下，poll 函数可以传入超时时间；② APP 进入内核态，调用到驱动程序的 poll 函数，如果有数据的话立刻返回；③ 如果发现没有数据时就休眠一段时间；④ 当有数据时，比如当按下按键时，驱动程序的中断服务程序被调用，它会记录数据、唤醒 APP；⑤ 当超时时间到了之后，内核也会唤醒 APP；⑥ APP 根据 poll 函数的返回值就可以知道是否有数据，如果有数据就调用read 得到数据。
会调用两次poll函数
APP执行过程
从③开始看。假设一开始无按键数据但后面有按键中断：
③PP 调用 poll 之后，进入内核态；④致驱动程序的 drv_poll 被调用；【把线程放入wq，但未想休眠，返回event状态】⑤当前没有数据，则休眠一会；【在内核中休眠，而不是在驱动中休眠】⑥过程中，按下了按键，发生了中断；【在中断服务程序里记录了按键值，并且从 wq 中把线程唤醒了】⑦从休眠中被唤醒，继续执行 for 循环，再次调用 drv_poll：【drv_poll 返回数据状态】⑧如果有数据，则从内核态返回到应用态⑨APP 调用 read 函数读数据
如果一直没有数据，流程如下：
③ APP 调用 poll 之后，进入内核态；④ 导致驱动程序的 drv_poll 被调用：⑤ 假设当前没有数据，则休眠一会；⑥ 在休眠过程中，一直没有按下了按键，超时时间到：内核把这个线程唤醒；⑦ 线程从休眠中被唤醒，继续执行 for 循环，再次调用 drv_poll：drv_poll 返回数据状态⑧ 虽然没有数据，但是超时时间到了，则从内核态返回到应用态⑨ APP 不能调用 read 函数读数据
注意几点：
drv_poll 要把线程挂入队列 wq，但是并不是在 drv_poll 中进入休眠，而是在调用 drv_poll 之后休眠drv_poll 要返回数据状态APP 调用一次 poll，有可能会导致 drv_poll 被调用 2 次线程被唤醒的原因有 2：中断发生了去队列 wq 中把它唤醒，超时时间到了内核把它唤醒 -APP 要判断 poll 返回的原因：判断是有数据，还是超时。有数据时再去调用 read函数。
驱动使用的函数
使用 poll 机制时，驱动程序的核心就是提供对应的 drv_poll 函数。在drv_poll 函数中要做 2 件事：
① 把当前线程挂入队列 wq：poll_wait
a) APP 调用一次 poll，可能导致 drv_poll 被调用 2 次，但是我们并不需要把当前线程挂入队列 2 次。b) 可以使用内核的函数 poll_wait 把线程挂入队列，如果线程已经在队列里了，它就不会再次挂入。
② 返回设备状态： APP 调用 poll 函数时，有可能是查询“有没有数据可以读”：POLLIN，也有可能是查询“你有没有空间给我写数据”：POLLOUT。
所以 drv_poll 要返回自己的当前状态：(POLLIN | POLLRDNORM) 或 (POLLOUT | POLLWRNORM)。
a) POLLRDNORM 等同于 POLLIN，为了兼容某些 APP 把它们一起返回。b) POLLWRNORM 等同于 POLLOUT ，为了兼容某些 APP 把它们一起返回。
APP 调用 poll 后，很有可能会休眠。对应的，在按键驱动的中断服务程序中，也要有唤醒操作。驱动程序中 poll 的代码如下：
static unsigned int gpio_key_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
poll_wait(fp, &gpio_key_wait, wait);
return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
}
应用使用的函数
APP 可以调用 poll 或 select 函数，这 2 个函数的作用是一样的。poll/select 函数可以监测多个文件，可以监测多种事件：
pollfd结构体
struct pollfd
{
int fd;
short events;//等待发生的事件类型
short revents; //检测之后返回的事件，当某个文件描述符有变化时，值就不为空
}
poll函数
#include
int poll(struct pollfd* fds, nfds_t nfds, int timeout);
参数说明：
fds 是一个struct pollfd类型的指针，用于存放需要检测其状态的socket描述符nfds 是nfd_t类型的参数，用于标记fds数组中结构体元素的数量timeout 没有接受事件时等待的事件，单位毫秒，若值为-1，则永远不会超时
poll机制会判断fds中的文件是否满足条件，如果休眠时间内条件满足则会唤醒进程；超过休眠时间，条件一直不满足则自动唤醒。
返回值>0：fds中准备好读写，或出错状态的那些socket描述符；返回值=0：fds中没有socket描述符需要读写或出错；此时poll超时，时长为timeout；返回值=-1：调用失败。
事件类型
事件类型说明POLLIN有数据可读POLLRDNORM等同于 POLLINPOLLRDBANDPriority band data can be read，有优先级较较高的“band data”可读Linux 系统中很少使用这个事件POLLPRI高优先级数据可读POLLOUT可以写数据POLLWRNORM等同于 POLLOUTPOLLWRBANDPriority data may be writtenPOLLERR发生了错误POLLHUP挂起POLLNVAL无效的请求，一般是 fd 未 open
实例：
struct pollfd fds[1];
int timeout_ms = 5000;
int ret;
fds[0].fd = fd;
fds[0].events = POLLIN;
ret = poll(fds, 1, timeout_ms);//返回就绪事件的个数
if ((ret == 1) && (fds[0].revents == POLLIN))
{
read(fd, &val, 4);
printf("get button : 0x%x\n", val);
}
实现原理
内核将用户的fds结构体数组拷贝到内核中。当有事件发生时，再将所有事件都返回到fds结构体数组中，poll只返回已就绪事件的个数，所以用户要操作就绪事件就要用轮询的方法。
poll方式的按键驱动程序(stm32mp157)
相比于休眠唤醒的程序，只需要调用在file_operations 结构体里面添加poll函数，使用 poll 机制时，驱动程序的核心就是提供对应的 drv_poll 函数。在drv_poll 函数中要做 2 件事：一个是挂入队列，一个是返回状态
gpio_key_drv.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
struct gpio_key{
int gpio;
struct gpio_desc *gpiod;
int flag;
int irq;
} ;
static struct gpio_key *gpio_keys_first;
/* 主设备号 */
static int major = 0;
static struct class *gpio_key_class;
/* 环形缓冲区 */
#define BUF_LEN 128
static int g_keys[BUF_LEN];
static int r, w;
#define NEXT_POS(x) ((x+1) % BUF_LEN)
static int is_key_buf_empty(void)
{
return (r == w);
}
static int is_key_buf_full(void)
{
return (r == NEXT_POS(w));
}
static void put_key(int key)
{
if (!is_key_buf_full())
{
g_keys[w] = key;
w = NEXT_POS(w);
}
}
static int get_key(void)
{
int key = 0;
if (!is_key_buf_empty())
{
key = g_keys[r];
r = NEXT_POS(r);
}
return key;
}
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_key_wait);
/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 */
static ssize_t gpio_key_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
int err;
int key;
wait_event_interruptible(gpio_key_wait, !is_key_buf_empty());
key = get_key();
err = copy_to_user(buf, &key, 4);
return 4;
}
static unsigned int gpio_key_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);//内核会打印该函数两次
poll_wait(fp, &gpio_key_wait, wait);//挂入队列
return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;//返回状态
}
/* 定义自己的file_operations结构体 */
static struct file_operations gpio_key_drv = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = gpio_key_drv_read,
.poll = gpio_key_drv_poll,
};
static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{
struct gpio_key *gpio_key = dev_id;
int val;
int key;
val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);
printk("key %d %d\n", gpio_key->gpio, val);
key = (gpio_key->gpio << 8) | val;
put_key(key);
wake_up_interruptible(&gpio_key_wait);
return IRQ_HANDLED;
}
/* 1. 从platform_device获得GPIO
* 2. gpio=>irq
* 3. request_irq
*/
static int gpio_key_probe(struct platform_device *pdev)
{
int err;
struct device_node *node = pdev->dev.of_node;
int count;
int i;
enum of_gpio_flags flag;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
count = of_gpio_count(node);
if (!count)
{
printk("%s %s line %d, there isn't any gpio available\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return -1;
}
gpio_keys_first = kzalloc(sizeof(struct gpio_key) * count, GFP_KERNEL);
for (i = 0; i < count; i++)
{
gpio_keys_first[i].gpio = of_get_gpio_flags(node, i, &flag);
if (gpio_keys_first[i].gpio < 0)
{
printk("%s %s line %d, of_get_gpio_flags fail\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return -1;
}
gpio_keys_first[i].gpiod = gpio_to_desc(gpio_keys_first[i].gpio);
gpio_keys_first[i].flag = flag & OF_GPIO_ACTIVE_LOW;
gpio_keys_first[i].irq = gpio_to_irq(gpio_keys_first[i].gpio);
}
for (i = 0; i < count; i++)
{
err = request_irq(gpio_keys_first[i].irq, gpio_key_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "my_gpio_key", &gpio_keys_first[i]);
}
/* 注册file_operations */
major = register_chrdev(0, "my_gpio_key", &gpio_key_drv); /* /dev/gpio_key */
gpio_key_class = class_create(THIS_MODULE, "my_gpio_key_class");
if (IS_ERR(gpio_key_class)) {
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
unregister_chrdev(major, "my_gpio_key");
return PTR_ERR(gpio_key_class);
}
device_create(gpio_key_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "my_gpio_key"); /* /dev/my_gpio_key */
return 0;
}
static int gpio_key_remove(struct platform_device *pdev)
{
//int err;
struct device_node *node = pdev->dev.of_node;
int count;
int i;
device_destroy(gpio_key_class, MKDEV(major, 0));
class_destroy(gpio_key_class);
unregister_chrdev(major, "my_gpio_key");
count = of_gpio_count(node);
for (i = 0; i < count; i++)
{
free_irq(gpio_keys_first[i].irq, &gpio_keys_first[i]);
}
kfree(gpio_keys_first);
return 0;
}
static const struct of_device_id my_keys[] = {
{ .compatible = "first_key,gpio_key" },
{ },
};
/* 1. 定义platform_driver */
static struct platform_driver gpio_keys_driver = {
.probe = gpio_key_probe,
.remove = gpio_key_remove,
.driver = {
.name = "my_gpio_key",
.of_match_table = my_keys,
},
};
/* 2. 在入口函数注册platform_driver */
static int __init gpio_key_init(void)
{
int err;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
err = platform_driver_register(&gpio_keys_driver);
return err;
}
/* 3. 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数
* 卸载platform_driver
*/
static void __exit gpio_key_exit(void)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
platform_driver_unregister(&gpio_keys_driver);
}
/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点 */
module_init(gpio_key_init);
module_exit(gpio_key_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
button_test.c
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
/*
* ./button_test /dev/my_gpio_key
*
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int fd;
int val;
struct pollfd fds[1];
int timeout_ms = 5000;//5s之后返回打印驱动函数drv_poll的信息
int ret;
/* 1. 判断参数 */
if (argc != 2)
{
printf("Usage: %s
return -1;
}
/* 2. 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
fds[0].fd = fd;
fds[0].events = POLLIN;
while (1)
{
/* 3. 读文件 */
ret = poll(fds, 1, timeout_ms);
if ((ret == 1) && (fds[0].revents & POLLIN))
{
read(fd, &val, 4);
printf("get button : 0x%x\n", val);
}
else
{
printf("timeout\n");
}
}
close(fd);
return 0;
}
Makefile
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = /home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Linux-5.4
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
$(CROSS_COMPILE)gcc -o button_test button_test.c
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order button_test
# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o
obj-m += gpio_key_drv.o
修改设备树文件
对于一个引脚要用作中断时，
a) 要通过 PinCtrl 把它设置为 GPIO 功能；【ST 公司对于 STM32MP157 系列芯片，GPIO 为默认模式 不需要再进行配置Pinctrl 信息】b) 表明自身：是哪一个 GPIO 模块里的哪一个引脚【修改设备树】
打开内核的设备树文件：arch/arm/boot/dts/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dts
gpio_keys_first {
compatible = "first_key,gpio_key";
gpios = <&gpiog 3 GPIO_ACTIVE_LOW
&gpiog 2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};
与此同时，需要把用到引脚的节点禁用
注意，如果其他设备树文件也用到该节点，需要设置属性为disabled状态，在arch/arm/boot/dts目录下执行如下指令查找哪些设备树用到该节点
grep "&gpiog" * -nr
如果用到该节点，需要添加属性去屏蔽：
status = "disabled";
编译测试
首先要设置 ARCH、CROSS_COMPILE、PATH 这三个环境变量后，进入 ubuntu 上板子内核源码的目录，在Linux内核源码根目录下，执行如下命令即可编译 dtb 文件：
make dtbs V=1
编译好的文件在路径由DTC指定，移植设备树到开发板的共享文件夹中，先保存源文件，然后覆盖源文件，重启后会挂载新的设备树，进入该目录查看是否有新添加的设备节点
cd /sys/firmware/devicetree/base
编译驱动程序，在Makefile文件目录下执行make指令，此时，目录下有编译好的内核模块gpio_key_drv.ko和可执行文件button_test文件移植到开发板上
确定一下烧录系统：cat /proc/mounts，查看boot分区挂载的位置，将其重新挂载在boot分区：mount /dev/mmcblk2p2 /boot，然后将共享文件夹里面的设备树文件拷贝到boot目录下，这样的话设备树文件就在boot目录下
cp /mnt/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dtb /boot
重启后挂载，运行
insmod -f gpio_key_drv.ko // 强制安装驱动程序
ls /dev/my_gpio_key
./button_test /dev/my_gpio_key & //后台运行，此时prink函数打印的内容看不到
然后按下按键
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