ELADCMSecondEditionChapterFivePartXIII

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APP怎么读取按键值

APP读取按键值,需要有按键驱动程序。
为什么要讲按键驱动程序?
APP去读按键的方法有4种:
① 查询方式
② 休眠-唤醒方式
③ poll方式
④ 异步通知方式
通过这4种方式的学习,我们可以掌握如下知识:
① 驱动的基本技能:中断、休眠、唤醒、poll等机制。
这些基本技能是驱动开发的基础,其他大型驱动复杂的地方是它的框架及设计思想,但是基本技术就这些。
② APP开发的基本技能:阻塞 、非阻塞、休眠、poll、异步通知。

妈妈怎么知道孩子醒了

EmbeddedLinuxApplicationDevelopmentCompleteManualSecondEditionChapterFive 110.png
妈妈怎么知道卧室里小孩醒了?
① 时时进房间看一下:查询方式
简单,但是累
② 进去房间陪小孩一起睡觉,小孩醒了会吵醒她:休眠-唤醒
不累,但是妈妈干不了活了
③ 妈妈要干很多活,但是可以陪小孩睡一会,定个闹钟:poll方式
要浪费点时间,但是可以继续干活。
妈妈要么是被小孩吵醒,要么是被闹钟吵醒。
④ 妈妈在客厅干活,小孩醒了他会自己走出房门告诉妈妈:异步通知
妈妈、小孩互不耽误。
这4种方法没有优劣之分,在不同的场合使用不同的方法。

APP读取按键的4种方法

跟上述生活场景类似,APP去读取按键也有4种方法:
① 查询方式
② 休眠-唤醒方式
③ poll方式
④ 异步通知方式
第2、3、4种方法,都涉及中断服务程序。中断,就像小孩醒了会哭闹一样,中断不经意间到来,它会做某些事情:唤醒APP、向APP发信号。
所以,在按键驱动程序中,中断是核心。
实际上,中断无论是在单片机还是在Linux中都很重要。在Linux中,中断的知识还涉及进程、线程等。

查询方式

这种方法最简单:
EmbeddedLinuxApplicationDevelopmentCompleteManualSecondEditionChapterFive 111.png
驱动程序中构造、注册一个file_operations结构体,里面提供有对应的open,read函数。APP调用open时,导致驱动中对应的open函数被调用,在里面配置GPIO为输入引脚。APP调用read时,导致驱动中对应的read函数被调用,它读取寄存器,把引脚状态直接返回给APP。

休眠-唤醒方式

EmbeddedLinuxApplicationDevelopmentCompleteManualSecondEditionChapterFive 112.png
驱动程序中构造、注册一个file_operations结构体,里面提供有对应的open,read函数。
APP调用open时,导致驱动中对应的open函数被调用,在里面配置GPIO为输入引脚;并且注册GPIO的中断处理函数。
APP调用read时,导致驱动中对应的read函数被调用,如果有按键数据则直接返回给APP;否则APP在内核态休眠。
当用户按下按键时,GPIO中断被触发,导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据,并唤醒休眠中的APP。
APP被唤醒后继续在内核态运行,即继续执行驱动代码,把按键数据返回给APP(的用户空间)。


poll方式

上面的休眠-唤醒方式有个缺点:如果用户一直没操作按键,那么APP就会永远休眠。
我们可以给APP定个闹钟,这就是poll方式。
EmbeddedLinuxApplicationDevelopmentCompleteManualSecondEditionChapterFive 113.png
驱动程序中构造、注册一个file_operations结构体,里面提供有对应的open,read,poll函数。
APP调用open时,导致驱动中对应的open函数被调用,在里面配置GPIO为输入引脚;并且注册GPIO的中断处理函数。
APP调用poll或select函数,意图是“查询”是否有数据,这2个函数都可以指定一个超时时间,即在这段时间内没有数据的话就返回错误。这会导致驱动中对应的poll函数被调用,如果有按键数据则直接返回给APP;否则APP在内核态休眠一段时间。
当用户按下按键时,GPIO中断被触发,导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据,并唤醒休眠中的APP。
如果用户没按下按键,但是超时时间到了,内核也会唤醒APP。
所以APP被唤醒有2种原因:用户操作了按键,超时。被唤醒的APP在内核态继续运行,即继续执行驱动代码,把“状态”返回给APP(的用户空间)。
APP得到poll/select函数的返回结果后,如果确认是有数据的,则再调用read函数,这会导致驱动中的read函数被调用,这时驱动程序中含有数据,会直接返回数据。

异步通知方式

异步通知的原理:发信号
EmbeddedLinuxApplicationDevelopmentCompleteManualSecondEditionChapterFive 114.png
异步通知的实现原理是:内核给APP发信号。信号有很多种,这里发的是SIGIO。
驱动程序中构造、注册一个file_operations结构体,里面提供有对应的open,read,fasync函数。
APP调用open时,导致驱动中对应的open函数被调用,在里面配置GPIO为输入引脚;并且注册GPIO的中断处理函数。
APP给信号SIGIO注册自己的处理函数:my_signal_fun。
APP调用fcntl函数,把驱动程序的flag改为FASYNC,这会导致驱动程序的fasync函数被调用,它只是简单记录进程PID。
当用户按下按键时,GPIO中断被触发,导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据,然后给进程PID发送SIGIO信号。
APP收到信号后会被打断,先执行信号处理函数:在信号处理函数中可以去调用read函数读取按键值。
信号处理函数返回后,APP会继续执行原先被打断的代码。


应用程序之间发信号示例代码
使用GIT下载所有源码后,本节源码位于如下目录:
	01_all_series_quickstart\04_快速入门(正式开始)\
		02_嵌入式Linux驱动开发基础知识\source\03_signal_example
代码并不复杂,如下。
第13行注册信号处理函数,第15行就是一个无限循环。在它运行期间,你可以用另一个APP发信号给它。
	01 #include <stdio.h>
	02 #include <unistd.h>
	03 #include <signal.h>
	04 void my_sig_func(int signo)
	05 {
	06     printf("get a signal : %d\n", signo);
	07 }
	08
	09 int main(int argc, char **argv)
	10 {
	11     int i = 0;
	12
	13     signal(SIGIO, my_sig_func);
	14
	15     while (1)
	16     {
	17         printf("Hello, world %d!\n", i++);
	18         sleep(2);
	19     }
	20
	21     return 0;
	22 }
在Ubuntu上的测试方法:
		$ gcc   -o   signal  signal.c   // 编译程序
		$ ./signal &                   // 后台运行
		$ ps  -A | grep signal          // 查看进程ID,假设是9527
		$ kill  -SIGIO  9527           // 给这个进程发信号

驱动程序提供能力,不提供策略

我们的驱动程序可以实现上述4种提供按键的方法,但是驱动程序不应该限制APP使用哪种方法。
这就是驱动设计的一个原理:提供能力,不提供策略。就是说,你想用哪种方法都行,驱动程序都可以提供;但是驱动程序不能限制你使用哪种方法。