在Linux内核模块

Question

我有一个简单的字符设备驱动程序，允许您从自定义硬件设备读取。它使用DMA将数据从设备的内存复制到内核空间（然后直到用户）。

read电话非常简单。它启动DMA写入，然后等待等待队列。当DMA完成时，中断处理程序设置一个标志并唤醒等待队列。需要注意的重要一点是，我可以随时启动DMA，甚至在设备提供数据之前。 DMA引擎将等待，直到有数据要复制。这很好用。我可以在用户空间中实现一个简单的阻塞读取调用，它的行为与我期望的一样。

我想实现poll，以便我可以在用户空间中使用select系统调用，允许我同时监视此设备和套接字。

我可以在poll上找到的大多数resources说：

1. 为每个可能表示状态发生变化的等待队列调用poll_wait
2. 返回指示数据是否可用的位掩码

第二部分让我感到困惑。我见过的大多数示例都有一种简单的方法（指针比较或状态位）来检查数据是否可用。在我的情况下，除非我启动DMA ，否则数据将永远不可用，甚至一旦我这样做，数据就不会立即可用（在设备实际拥有数据之前可能需要一些时间） DMA完成）。

如何实施呢？ poll函数是否应该实际启动DMA以使数据最终可用？我想这会破坏我的read功能。

Answer 1

声明

嗯，这是一个很好的架构问题，它暗示了一些关于硬件和所需用户空间接口的假设。因此，让我跳出结论进行更改，并尝试猜测哪种解决方案最适合您的情况。

设计

考虑到您尚未提及write()操作的帐户，我将进一步假设您的硬件始终生成新数据。如果是这样，你提到的设计可能正是让你感到困惑的原因：

  

read电话非常简单。它启动DMA写入，然后等待等待队列。

这正是阻止您以常规，常用（以及可能对您而言）方式使用驱动程序的原因。让我们开箱即用，首先想出用户界面（如何从用户空间使用你的驱动程序）。下一个案例在这里经常使用和充分（从我的观点来看）：

1. poll()您的设备文件等待新数据到达
2. read()您的设备文件以获取到达的数据

现在您可以看到请求（到DMA）的数据应该由read()操作启动而不是。正确的解决方案是在驱动程序中连续读取数据（无需从用户空间触发）并在内部存储，并在用户向驱动程序请求数据消耗时（read()操作） - 为用户提供内部存储的数据。如果驱动程序内部没有存储数据 - 用户可以使用poll()操作等待新数据到达。

正如您所看到的，这是众所周知的producer-consumer problem。您可以使用circular buffer将硬件中的数据存储在驱动程序中（因此当缓冲区已满时故意丢失旧数据以防止< em>缓冲区溢出情况）。因此，生产者（DMA）写入该RX环形缓冲区的 head ，而消费者（用户空间的用户执行read()）从 tail 读取那个RX环缓冲区。

代码参考

这种情况让我想起串行控制台 [1，2]驱动程序。因此，请考虑在驱动程序实现中使用Serial API（如果您的设备实际上 是串行控制台）。例如，请参阅drivers/tty/serial/atmel_serial.c驱动程序。我对UART API并不是很熟悉，所以我无法准确地告诉你那里发生了什么，但乍一看它看起来并不太难，所以可能你可以从你的驱动程序设计代码中找出一两件事。

如果您的驱动程序不应使用串行API，则可以使用下一个驱动程序作为参考：

• drivers/char/virtio_console.c
• drivers/char/xillybus/xillybus_core.c

补充

在评论中回答你的问题：

  

如果没有可用数据且read应该阻止，您建议poll调用read吗？

首先，您想决定是否要提供：

• 阻止I / O
• non-blocking I/O
• 或两者都

我们假设（为了争论）你想在你的驱动程序中提供这两个选项。在这种情况下，如果open()参数包含flags标记，则应检入O_NONBLOCK。来自man 2 open：

  

O_NONBLOCK或O_NDELAY

     

如果可能，文件以非阻塞模式打开。对于返回的文件描述符，open()或任何后续操作都不会导致调用进程等待。有关FIFO（命名管道）的处理，另请参阅fifo(7)。有关O_NONBLOCK与强制文件锁和文件租约相结合的影响的讨论，请参阅fcntl(2)。

现在，当您了解用户选择的模式时，您可以进行下一步（在您的驱动程序中）：

1. 如果flags中的open()不包含此类标记，则可以阻止read()（即，如果数据不可用，请等待DMA事务完成然后返回新数据）。
2. 但如果O_NONBLOCK标志中有open()并且循环缓冲区中没有可用数据 - 您应该从read()调用EWOULDBLOCK错误代码返回。

来自man 2 read：

  

EAGAIN或EWOULDBLOCK

     

文件描述符fd引用套接字并且已被标记为非阻塞（O_NONBLOCK），并且读取将阻止。 POSIX.1-2001允许在这种情况下返回错误，并且不要求这些常量具有相同的值，因此便携式应用程序应检查这两种可能性。

您可能还想阅读下一篇文章，以便更好地掌握相应的界面：

[1] Serial Programming Guide for POSIX Operating Systems

[2] Serial Programming HOWTO

补充2

  

我需要某种后台任务，它不断从设备读取并填充环形缓冲区。 poll现在很简单 - 只需检查缓冲区中是否有任何内容，但read更难，因为它可能需要等待某些内容发布到环形缓冲区。

例如，查看drivers/char/virtio_console.c驱动程序实现。

1. 在poll()函数中：执行poll_wait()（等待新数据到达）
2. 在receive data interrupt handler中：执行wake_up_interruptible()（唤醒poll和read操作）
3. 在read()函数中：
   • 如果端口has no data：
     • 如果设置O_NONBLOCK标志（在open()操作中）：立即返回-EAGAIN = -EWOULDBLOCK
     • 否则我们会阻止读取：执行wait_event_freezable()以等待新数据到达
   • 如果端口有数据：return data from buffer

另见相关问题：How to add poll function to the kernel module code?。

Answer 2

与特殊设备（字符或块1）上的read和其他函数一样，poll函数可以某种方式实现，其表现出行为 you欲望即可。 实现的唯一限制是poll()将通过waitqueue“唤醒”，但这不会限制可能的行为。

此外，poll 的行为不需要与read / write 绑定！ [同样，仅在特殊设备的情况下才是这样。]

因此，只需将这种行为强加于您认为对您的任务更有用的poll 。

我练习的一个例子（可能适用于您的情况）：

我的同事通过角色设备实现消息的循环缓冲。可以通过mmap()阅读消息。 poll当至少有一页被消息填充时“醒来”。