Linux驱动实践：中断处理函数如何【发送信号】给应用层？

Linux驱动实践：中断处理函数如何【发送信号】给应用层？

文章目录

​​驱动程序​​

​​示例代码全貌​​​​Makefile 文件​​​​编译、测试​​

​​应用程序​​

​​示例代码全貌​​​​编译、测试​​

别人的经验，我们的阶梯！

大家好，我是道哥，今天我为大伙儿解说的技术知识点是：【中断程序如何发送信号给应用层】。

最近分享的几篇文章都比较基础，关于字符类设备的驱动程序，以及中断处理程序。

也许在现代的项目是用不到这样的技术，但是万丈高楼平地起。

只有明白了这些最基础的知识点之后，再去看那些进化出来的高级玩意，才会有一步一个脚印的获得感。

如果缺少了这些基础的环节，很多深层次的东西，学起来就有点空中楼阁的感觉。

就好比研究​​Linux​​​内核，如果一上来就从​​Linux 4.x/5.x​​内核版本开始研究，可以看到很多“历史遗留”代码。

这些代码就见证着​​Linux​​一步一步的发展历史，甚至有些人还会专门去研究 Linux 0.11 版本的内核源码，因为很多基本思想都是一样的。

今天这篇文章，主要还是以代码实例为主，把之前的两个知识点结合起来：

在中断处理函数中，发送信号给应用层，以此来通知应用层处理响应的中断业务。

驱动程序

示例代码全貌

所有的操作都是在 ~/tmp/linux-4.15/drivers 目录下完成的。

首先创建驱动模块目录：

$ cd ~/tmp/linux-4.15/drivers$ mkdir my_driver_interrupt_signal$ touch my_driver_interrupt_signal.c

文件内容如下：

#include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include // 中断号#define IRQ_NUM 1// 定义驱动程序的 ID，在中断处理函数中用来判断是否需要处理 #define IRQ_DRIVER_ID 1234// 设备名称#define MYDEV_NAME "mydev"// 驱动程序数据结构struct myirq{ int devid;}; struct myirq mydev ={ IRQ_DRIVER_ID };#define KBD_DATA_REG 0x60 #define KBD_STATUS_REG 0x64#define KBD_SCANCODE_MASK 0x7f#define KBD_STATUS_MASK 0x80// 设备类static struct class *my_class;// 用来保存设备struct cdev my_cdev;// 用来保存设备号int mydev_major = 0;int mydev_minor = 0;// 用来保存向谁发送信号，应用程序通过 ioctl 把自己的进程 ID 设置进来。static int g_pid = 0;// 用来发送信号给应用程序static void send_signal(int sig_no){ int ret; struct siginfo info; struct task_struct *my_task = NULL; if (0 == g_pid) { // 说明应用程序没有设置自己的 PID printk("pid[%d] is not valid! \n", g_pid); return; } printk("send signal %d to pid %d \n", sig_no, g_pid); // 构造信号结构体 memset(&info, 0, sizeof(struct siginfo)); info.si_signo = sig_no; info.si_errno = 100; info.si_code = 200; // 获取自己的任务信息，使用的是 RCU 锁 rcu_read_lock(); my_task = pid_task(find_vpid(g_pid), PIDTYPE_PID); rcu_read_unlock(); if (my_task == NULL) { printk("get pid_task failed! \n"); return; } // 发送信号 ret = send_sig_info(sig_no, &info, my_task); if (ret < 0) { printk("send signal failed! \n"); }}//中断处理函数static irqreturn_t myirq_handler(int irq, void * dev){ struct myirq mydev; unsigned char key_code; mydev = *(struct myirq*)dev; // 检查设备 id，只有当相等的时候才需要处理 if (IRQ_DRIVER_ID == mydev.devid) { // 读取键盘扫描码 key_code = inb(KBD_DATA_REG); if (key_code == 0x01) { printk("EXC key is pressed! \n"); send_signal(SIGUSR1); } } return IRQ_HANDLED;}// 驱动模块初始化函数static void myirq_init(void){ printk("myirq_init is called. \n"); // 注册中断处理函数 if(request_irq(IRQ_NUM, myirq_handler, IRQF_SHARED, MYDEV_NAME, &mydev)!=0) { printk("register irq[%d] handler failed. \n", IRQ_NUM); return -1; } printk("register irq[%d] handler success. \n", IRQ_NUM);}// 当应用程序打开设备的时候被调用static int mydev_open(struct inode *inode, struct file *file){ printk("mydev_open is called. \n"); return 0; }static long mydev_ioctl(struct file* file, unsigned int cmd, unsigned long arg){ void __user *pArg; printk("mydev_ioctl is called. cmd = %d \n", cmd); if (100 == cmd) { // 说明应用程序设置进程的 PID pArg = (void *)arg; if (!access_ok(VERIFY_READ, pArg, sizeof(int))) { printk("access failed! \n"); return -EACCES; } // 把用户空间的数据复制到内核空间 if (copy_from_user(&g_pid, pArg, sizeof(int))) { printk("copy_from_user failed! \n"); return -EFAULT; } } return 0;}static const struct file_operations mydev_ops={ .owner = THIS_MODULE, .open = mydev_open, .unlocked_ioctl = mydev_ioctl};static int __init mydev_driver_init(void){ int devno; dev_t num_dev; printk("mydev_driver_init is called. \n"); // 注册中断处理函数 if(request_irq(IRQ_NUM, myirq_handler, IRQF_SHARED, MYDEV_NAME, &mydev)!=0) { printk("register irq[%d] handler failed. \n", IRQ_NUM); return -1; } // 动态申请设备号(严谨点的话，应该检查函数返回值) alloc_chrdev_region(&num_dev, mydev_minor, 1, MYDEV_NAME); // 获取主设备号 mydev_major = MAJOR(num_dev); printk("mydev_major = %d. \n", mydev_major); // 创建设备类 my_class = class_create(THIS_MODULE, MYDEV_NAME); // 创建设备节点 devno = MKDEV(mydev_major, mydev_minor); // 初始化cdev结构 cdev_init(&my_cdev, &mydev_ops); // 注册字符设备 cdev_add(&my_cdev, devno, 1); // 创建设备节点 device_create(my_class, NULL, devno, NULL, MYDEV_NAME); return 0;}static void __exit mydev_driver_exit(void){ printk("mydev_driver_exit is called. \n"); // 删除设备节点 cdev_del(&my_cdev); device_destroy(my_class, MKDEV(mydev_major, mydev_minor)); // 释放设备类 class_destroy(my_class); // 注销设备号 unregister_chrdev_region(MKDEV(mydev_major, mydev_minor), 1); // 注销中断处理函数 free_irq(IRQ_NUM, &mydev);}MODULE_LICENSE("GPL");module_init(mydev_driver_init);module_exit(mydev_driver_exit);

以上代码主要做了两件事情：

注册中断号 1 的处理函数：myirq_handler();创建设备节点 /dev/mydev;

这里的中断号1，是键盘中断。

因为它是共享的中断，因此当键盘被按下的时候，操作系统就会依次调用所有的中断处理函数，当然就包括我们的驱动程序所注册的这个函数。

中断处理部分相关的几处关键代码如下：

//中断处理函数static irqreturn_t myirq_handler(int irq, void * dev){ ...}// 驱动模块初始化函数static void myirq_init(void){ ... request_irq(IRQ_NUM, myirq_handler, IRQF_SHARED, MYDEV_NAME, &mydev); ...}

在中断处理函数中，目标是发送信号 SIGUSR1 到应用层，因此驱动程序需要知道应用程序的进程号(PID)。

根据之前的文章​​Linux驱动实践：驱动程序如何发送【信号】给应用程序？​​​，应用程序必须主动把自己的 PID 告诉驱动模块才可以。这可以通​​过 write​​​或者​​ioctl​​函数来实现，

驱动程序用来接收 PID 的相关代码是：

static long mydev_ioctl(struct file* file, unsigned int cmd, unsigned long arg){ ... if (100 == cmd) { pArg = (void *)arg; ... copy_from_user(&g_pid, pArg, sizeof(int)); }}

知道了应用程序的 ​​PID​​​，驱动程序就可以在中断发生的时候(按下键盘​​ESC​​键)，发送信号出去了：

static void send_signal(int sig_no){ struct siginfo info; ... send_sig_info(...);}static irqreturn_t myirq_handler(int irq, void * dev){ ... send_signal(SIGUSR1);}

Makefile 文件

ifneq ($(KERNELRELEASE),) obj-m := my_driver_interrupt_signal.oelse KERNELDIR ?= /lib/modules/$(shell uname -r)/build PWD := $(shell pwd)default: $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modulesclean: rm -rf *.o *.ko *.mod.* modules.* Module.* $(MAKE) -C $(KERNEL_PATH) M=$(PWD) cleanendif

编译、测试

首先查看一下加载驱动模块之前，​​1​​号中断的所有驱动程序：

再看一下设备号：

$ cat /proc/devices

因为驱动注册在创建设备节点的时候，是动态请求系统分配的。

根据之前的几篇文章可以知道，系统一般会分配​​244​​这个主设备号给我们，此刻还不存在这个设备号。

编译、加载驱动模块：

$ make$ sudo insmod my_driver_interrupt_signal.ko

首先看一下 dmesg 的输出信息：

然后看一下中断驱动程序：

可以看到我们的驱动程序( mydev )已经登记在​​1​​号中断的最右面。

最后看一下设备节点情况：

驱动模块已经准备妥当，下面就是应用程序了。

应用程序

应用程序的主要功能就是两部分：

通过 ioctl 函数把自己的 PID 告诉驱动程序;注册信号 SIGUSR1 的处理函数;

示例代码全貌

#include #include #include #include #include #include #include char *dev_name = "/dev/mydev";// 信号处理函数static void signal_handler(int signum, siginfo_t *info, void *context){ // 打印接收到的信号值 printf("signal_handler: signum = %d \n", signum); printf("signo = %d, code = %d, errno = %d \n", info->si_signo, info->si_code, info->si_errno);}int main(int argc, char *argv[]){ int fd, count = 0; int pid = getpid(); // 打开GPIO if((fd = open(dev_name, O_RDWR | O_NDELAY)) < 0){ printf("open dev failed! \n"); return -1; } printf("open dev success! \n"); // 注册信号处理函数 struct sigaction sa; sigemptyset(&sa.sa_mask); sa.sa_sigaction = &signal_handler; sa.sa_flags = SA_SIGINFO; sigaction(SIGUSR1, &sa, NULL); // set PID printf("call ioctl. pid = %d \n", pid); ioctl(fd, 100, &pid); // 死循环，等待接收信号 while (1) sleep(1); // 关闭设备 close(fd);}

在应用程序的最后，是一个 while(1) 死循环。因为只有在按下键盘上的​​ESC​​按键时，驱动程序才会发送信号上来，因此应用程序需要一直存活着。

编译、测试

新开一个中断窗口，编译、执行应用程序：

$ gcc my_interrupt_singal.c -o my_interrupt_singal$ sudo ./my_interrupt_singalopen dev success! call ioctl. pid = 12907// 这里进入 while 循环

由于应用程序调用了 open 和 ioctl 这两个函数，因此，驱动程序中两个对应的函数就会被执行。

这可以通过 dmesg 命令的输出信息看出来：

这个时候，按下键盘上的 ESC 键，此时驱动程序中打印如下信息：

说明：驱动程序捕获到了键盘上的 ESC 键，并且发送信号给应用程序了。

在执行应用程序的终端窗口中，可以看到如下输出信息：

说明：应用程序接收到了驱动程序发来的信号！

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