Hasen的linux裝置驅動開發學習之旅--支援阻塞的裝置驅動

/**
 * Author:hasen
 * 參考 ：《linux裝置驅動開發詳解》
 * 簡介：android小菜鳥的linux
 * 	         裝置驅動開發學習之旅
 * 主題：支援阻塞的裝置驅動
 * Date:2014-11-05
 */

/*重點已在注釋前加上了@@，使用搜尋"@@"可以檢視重點代碼部分*/

/**
 * 現在實作這樣一個裝置，globalfifo,隻有當FIFO中有資料的時候(即有程序把資料寫入了FIFO
 * 而且沒有被讀程序讀空)，讀程序才能把資料讀出，而且讀出的資料慧聰globalfifo的全局記憶體中
 * 拿掉；隻有當FIFO非滿時(即還有一些空間未被寫，或寫滿後被讀程序從這個FIFO中讀出了資料)，
 * 寫程序才能往這個FIFO中寫入資料。
 */

/*globalfifo中，讀FIFO将會喚醒寫FIFO，寫FIFO将會喚醒讀FIFO，
 	 是以需要兩個等待隊列頭， 分别對應讀和寫*/

struct globalfifo_dev{
	struct cdev cdev ;/*cdev結構體*/
	unsigned int current_len ;/*目前fifo的有效長度*/
	unsigned char mem[GLOBALFIFO_SIZE] ;/*全局記憶體*/
	struct semaphore sem ;/*并發控制用的信号量*/
	wait_queue_head_t r_wait ;/*@@阻塞讀用的等待隊列頭*/
	wait_queue_head_t w_wait ;/*@@阻塞寫用的等待隊列頭*/
}

globalfifo_dev *globalfifo_devp ;

int gobalfifo_init(void)
{
	int ret ; 
	dev_t devno = MKDEV(globalfifo_major,0) ;
	/*申請裝置号*/
	if(globalfifo_major)
		ret = register_chrdev_region(devno,1,"globalfifo") ;
	else{
		ret = alloc_chrdev_region(&devno,0,1,"globalfifo") ;
		globalfifo_major = MAJOR(devno) ;
	}
	if(dev < 0)
		return ret ;
	/*動态申請裝置結構體記憶體*/
	globalfifo_devp = kmalloc(sizeof(struct globalfifo_dev),GFP_KERNEL) ;
	if(globalfifo_devp){ /*申請失敗*/
		ret = -ENOMEM ;
		goto fail_malloc ;
	}
	
	memset(globalfifo_devp,0,sizeof(struct globalfifo_dev)) ;
	globalfifo_setup_dev(globalfifo_devp ,0) ;
	
	init_MUTEX(&globalfifo_devp->sem) ;/*初始化信号量*/
	init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->r_wait) ;/*@@初始化讀等待隊列頭*/
	init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->w_wait) ;/*@@初始化寫等待隊列頭*/
	return 0 ;
	
	fail_malloc :unregister_chrdev_region(devno,1) ;
	return ret ;
}

/*globalfifo讀函數*/
static ssize_t globalfifo_read(struct file *filp,char __user *buf,
		size_t count ,loff_t *ppos)
{
	int ret ; 
	struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data ;/*獲得裝置結構體指針*/
	DECLARE_WAITQUEUE(wait,current) ; /*@@定義等待隊列*/
	
	down(&dev->sem) ; /*獲得信号量*/
	add_wait_queue(&dev->r_wait,&wait) ;/*@@進入讀等待隊列頭*/
	
	/*@@等待FIFO非空*/
	while(dev->current_len == 0){
		if(filp->f_flags & O_NONBLOCK){
			ret = -EAGAIN ;
			goto out ;
		}
		
		__set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE) ;/*@@改變程序狀态為睡眠*/
		up(&dev->sem) ;
		
		schedule() ;/*@@排程其他程序執行*/
		if(signal_pending(current)){ /*如果是信号喚醒的*/
			ret = -ERESTARTSYS ;
			goto out2 ;
		}
		
		down(&dev->sem) ;
	}
	
	/*拷貝到使用者空間*/
	if(count >dev->current_len)
		count = dev->current_len ;
	
	if(copy_to_user(buf,dev->mem,count)){
		ret = -EFAULT ;
		goto out ;
	}else{
		memcpy(dev->mem,dev->mem + count,dev->current_len - count);/*fifo資料前移*/
		dev->current_len -= count ; /*有效資料長度減少*/
		printk(KERN_INFO "read %d bytes,current_len:%d\n",count,dev->current_len) ;
		
		wake_up_interruptible(&dev->w_wait) ;/*@@喚醒寫等待程式*/
		
		ret = count ;
	}
	
	out :up(&dev->sem) ; /*釋放信号量*/
	out2: remove_wait_queue(&dev->r_wait,&wait) ; /*@@移除等待隊列*/
	set_current_state(TASK_RUNNING) ; /*@@切換目前程序狀态*/
	return ret ;
}

/*globalfifo寫函數*/
static ssize_t globalfifo_write(static file *filp,const char __user *buf,
		size_t count,loff_t *ppos)
{
	struct globalfifo_dev *dev = filp->private_data ; /*獲得裝置結構體指針*/
	int ret ;
	DECLARE_WAITQUEUE(wait,current) ; /*@@定義等待隊列*/
	
	down(&dev->sem) ;/*擷取信号量*/
	add_wait_queue(&dev->w_wait,&wait) ;/*@@進入寫等待隊列頭*/
	
	/*@@等待FIFO非滿*/
	while(dev->current_len == GLOBALFIFO_SIZE){
		if(filp->f_flags & O_NONBLOCK){
			/*如果是非阻塞通路*/
			ret = -EAGAIN ;
			goto out ;
		}
		__set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE) ;/*@@改變程序狀态為睡眠*/
		up(&dev->sem) ;
		
		schedule() ;/*@@排程其他程序執行*/
		if(signal_pending(current)){
			/*如果是信号喚醒*/
			ret = -ERESTARTSYS ;
			goto out2;
		}
		down(&dev->sem) ; /*獲得信号量*/
	}
	/*從使用者空間拷貝到核心空間*/
	if(count > GLOBALFIFO_SIZE - dev->current_len)
		count = GLOBALFIFO_SIZE - dev->current_len ;
	if(copy_from_user(dev->mem + dev->current_len,buf,count)){
		ret = -EFAULT ;
		goto out ;
	}else{
		dev->current_len += count ;
		printk(KERN_INFO "write %d bytes ,current_len:%d\n",count,dev->current_len) ;
		
		wake_up_interruptible(&dev->r_wait) ; /*@@喚醒讀等待隊列*/
		
		ret = count ;
	}
	out : up(&dev->sem) ; /*釋放信号量*/
	out2: remove_wait_queue(&dev->w_wait,&wait) ;/*@@移除等待隊列*/
	set_current_state(TASK_RUNNING) ;/*改變程序狀态*/
	return ret ;
}
           

在使用者空間驗證globalfifo的讀寫

1、在globalfifo所在檔案夾下運作make指令編譯得到globalfifo.ko。接着insmod子產品：
	
	[email protected]$ sudo su
	[email protected]# insmod globalfifo.ko
	
2、建立裝置檔案節點"/dev/globalfifo" 
	
	[email protected]# mknod /dev/globalfifo c 249 0
	
3、啟動兩個程序，一個程序"cat /dev/globalfifo &"在背景執行，一個程序"echo 字元串 /dev/globalfifo"在前台執行

	[email protected]# cat /dev/globalfifo &
	[email protected]# echo 'hello world!' /dev/globalfifo
	
會看到：每當echo程序向/dev/globalfifo寫入一串資料，cat程序就立即将該串資料顯示出來。