“异步通知 ”机制：

信号的宏定义：

Linux 系统中也有很多信号，在 Linux 内核源文件 include\uapi\asm-generic\signal.h 中，有很多信号的宏定义：

信号注册

就 APP 而言，你想处理 SIGIO 信息，那么需要提供信号处理函数，并且要跟 SIGIO 挂钩。这可以通过一个 signal 函数来“给某个信号注册处理函数”，用法如下：

APP执行过程

重点从②开始：
② APP 给 SIGIO 这个信号注册信号处理函数 func，以后 APP 收到 SIGIO信号时，这个函数会被自动调用；
③ 把 APP 的 PID(进程 ID)告诉驱动程序，这个调用不涉及驱动程序，在内核的文件系统层次记录 PID；
④ 读取驱动程序文件 Flag；
⑤ 设置 Flag 里面的 FASYNC 位为 1：当 FASYNC 位发生变化时，会导致驱动程序的 drv_fasync 被调用；
⑥⑦ 调 用 faync_helper ， 它会根据 FAYSNC 的值决定是否设置button_async->fa_file=驱动文件 filp：驱动文件 filp 结构体里面含有之前设置的 PID。
⑧ APP 可以做其他事；
⑨⑩ 按下按键，发生中断，驱动程序的中断服务程序被调用，里面调用kill_fasync 发信号；
⑪⑫⑬ APP 收到信号后，它的信号处理函数被自动调用，可以在里面调用 read 函数读取按键。

驱动编程做的事

使用异步通知时，驱动程序的核心有 2个：

• ① 提供对应的 drv_fasync 函数；
• ② 并在合适的时机发信号。

drv_fasync 函数很简单，调用 fasync_helper 函数就可以，如下：

static struct fasync_struct *button_async;
static int drv_fasync (int fd, struct file *filp, int on)
{return fasync_helper (fd, filp, on, &button_async);
}

fasync_helper 函数会分配 、构造一个fasync_struct 结构体button_async：

• 驱动文件的 flag 被设置为 FAYNC 时：

button_async->fa_file = filp; // filp 表示驱动程序文件，里面含有之前设置的 PID

• 驱动文件被设置为非 FASYNC 时：

button_async->fa_file = NULL;

在 GPIO 中断服务程序中发信号：想发送信号时，使用 button_async 作为参数就可以，它里面“可能”含有 PID。

kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN);

• 第 1 个参数：button_async->fa_file 非空时，可以从中得到 PID，表示发给哪一个 APP；
• 第 2 个参数表示发什么信号：SIGIO；
• 第 3 个参数表示为什么发信号：POLL_IN，有数据可以读了。(APP 用不到这个参数)

应用编程做的事

应用程序要做的事情有这几件：
① 编写信号处理函数：

static void sig_func(int sig)
{int val;read(fd, &val, 4);printf("get button : 0x%x\n", val);
}

② 注册信号处理函数：

signal(SIGIO, sig_func);

③ 打开驱动：

fd = open(argv[1], O_RDWR);

④ 把进程 ID 告诉驱动：

fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());

⑤ 使能驱动的 FASYNC 功能：

flags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);

异步通知方式的按键驱动程序(stm32mp157)

button_test.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>static int fd;
static void sig_func(int sig)
{int val;read(fd, &val, 4);printf("get button : 0x%x\n", val);
}/** ./button_test /dev/my_gpio_key**/
int main(int argc, char **argv)
{int val;struct pollfd fds[1];int timeout_ms = 5000;int ret;int	flags;/* 1. 判断参数 */if (argc != 2) {printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);return -1;}signal(SIGIO, sig_func);/* 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;}//设置flag为FASYNCfcntl(fd, F_SETOWN, getpid());flags = fcntl(fd, F_GETFL);fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);while (1){//验证	异步通知，不会一直占用cpu	printf("test fasync \n");sleep(2);}close(fd);return 0;
}

gpio_key_drv.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/poll.h>#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>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;struct fasync_struct *button_fasync;#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__);poll_wait(fp, &gpio_key_wait, wait);return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
}static int gpio_key_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{if (fasync_helper(fd, file, on, &button_fasync) >= 0)return 0;elsereturn -EIO;
}/* 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,.fasync  = gpio_key_drv_fasync,
};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);kill_fasync(&button_fasync, SIGIO, POLL_IN);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");

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-5.4all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules $(CROSS_COMPILE)gcc -o button_test button_test.c
clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -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.oobj-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