Hasen的linux设备驱动开发学习之旅--支持阻塞的设备驱动

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 * Author:hasen
 * 参考 ：《linux设备驱动开发详解》
 * 简介：android小菜鸟的linux
 * 	         设备驱动开发学习之旅
 * 主题：支持阻塞的设备驱动
 * Date:2014-11-05
 */

/*重点已在注释前加上了@@，使用搜索"@@"可以查看重点代码部分*/

/**
 * 现在实现这样一个设备，globalfifo,只有当FIFO中有数据的时候(即有进程把数据写入了FIFO
 * 而且没有被读进程读空)，读进程才能把数据读出，而且读出的数据慧聪globalfifo的全局内存中
 * 拿掉；只有当FIFO非满时(即还有一些空间未被写，或写满后被读进程从这个FIFO中读出了数据)，
 * 写进程才能往这个FIFO中写入数据。
 */

/*globalfifo中，读FIFO将会唤醒写FIFO，写FIFO将会唤醒读FIFO，
 	 所以需要两个等待队列头， 分别对应读和写*/

struct globalfifo_dev{
	struct cdev cdev ;/*cdev结构体*/
	unsigned int current_len ;/*当前fifo的有效长度*/
	unsigned char mem[GLOBALFIFO_SIZE] ;/*全局内存*/
	struct semaphore sem ;/*并发控制用的信号量*/
	wait_queue_head_t r_wait ;/*@@阻塞读用的等待队列头*/
	wait_queue_head_t w_wait ;/*@@阻塞写用的等待队列头*/
}

globalfifo_dev *globalfifo_devp ;

int gobalfifo_init(void)
{
	int ret ; 
	dev_t devno = MKDEV(globalfifo_major,0) ;
	/*申请设备号*/
	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 ;
	/*动态申请设备结构体内存*/
	globalfifo_devp = kmalloc(sizeof(struct globalfifo_dev),GFP_KERNEL) ;
	if(globalfifo_devp){ /*申请失败*/
		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) ;/*@@初始化读等待队列头*/
	init_waitqueue_head(&globalfifo_devp->w_wait) ;/*@@初始化写等待队列头*/
	return 0 ;
	
	fail_malloc :unregister_chrdev_region(devno,1) ;
	return ret ;
}

/*globalfifo读函数*/
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 ;/*获得设备结构体指针*/
	DECLARE_WAITQUEUE(wait,current) ; /*@@定义等待队列*/
	
	down(&dev->sem) ; /*获得信号量*/
	add_wait_queue(&dev->r_wait,&wait) ;/*@@进入读等待队列头*/
	
	/*@@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) ;/*@@改变进程状态为睡眠*/
		up(&dev->sem) ;
		
		schedule() ;/*@@调度其他进程执行*/
		if(signal_pending(current)){ /*如果是信号唤醒的*/
			ret = -ERESTARTSYS ;
			goto out2 ;
		}
		
		down(&dev->sem) ;
	}
	
	/*拷贝到用户空间*/
	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数据前移*/
		dev->current_len -= count ; /*有效数据长度减少*/
		printk(KERN_INFO "read %d bytes,current_len:%d\n",count,dev->current_len) ;
		
		wake_up_interruptible(&dev->w_wait) ;/*@@唤醒写等待程序*/
		
		ret = count ;
	}
	
	out :up(&dev->sem) ; /*释放信号量*/
	out2: remove_wait_queue(&dev->r_wait,&wait) ; /*@@移除等待队列*/
	set_current_state(TASK_RUNNING) ; /*@@切换当前进程状态*/
	return ret ;
}

/*globalfifo写函数*/
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 ; /*获得设备结构体指针*/
	int ret ;
	DECLARE_WAITQUEUE(wait,current) ; /*@@定义等待队列*/
	
	down(&dev->sem) ;/*获取信号量*/
	add_wait_queue(&dev->w_wait,&wait) ;/*@@进入写等待队列头*/
	
	/*@@等待FIFO非满*/
	while(dev->current_len == GLOBALFIFO_SIZE){
		if(filp->f_flags & O_NONBLOCK){
			/*如果是非阻塞访问*/
			ret = -EAGAIN ;
			goto out ;
		}
		__set_current_state(TASK_INTERRUPTIBLE) ;/*@@改变进程状态为睡眠*/
		up(&dev->sem) ;
		
		schedule() ;/*@@调度其他进程执行*/
		if(signal_pending(current)){
			/*如果是信号唤醒*/
			ret = -ERESTARTSYS ;
			goto out2;
		}
		down(&dev->sem) ; /*获得信号量*/
	}
	/*从用户空间拷贝到内核空间*/
	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) ; /*@@唤醒读等待队列*/
		
		ret = count ;
	}
	out : up(&dev->sem) ; /*释放信号量*/
	out2: remove_wait_queue(&dev->w_wait,&wait) ;/*@@移除等待队列*/
	set_current_state(TASK_RUNNING) ;/*改变进程状态*/
	return ret ;
}
           

在用户空间验证globalfifo的读写

1、在globalfifo所在文件夹下运行make命令编译得到globalfifo.ko。接着insmod模块：
	
	[email protected]$ sudo su
	[email protected]# insmod globalfifo.ko
	
2、创建设备文件节点"/dev/globalfifo" 
	
	[email protected]# mknod /dev/globalfifo c 249 0
	
3、启动两个进程，一个进程"cat /dev/globalfifo &"在后台执行，一个进程"echo 字符串 /dev/globalfifo"在前台执行

	[email protected]# cat /dev/globalfifo &
	[email protected]# echo 'hello world!' /dev/globalfifo
	
会看到：每当echo进程向/dev/globalfifo写入一串数据，cat进程就立即将该串数据显示出来。