在Linux内核模块中实现民意测验

Question

我有一个简单的字符设备驱动程序，可让您从自定义硬件设备中读取。它使用DMA将数据从设备内存复制到内核空间（然后由用户决定）。

该read调用非常简单。它开始DMA写操作，然后在等待队列中等待。DMA完成后，中断处理程序将设置一个标志并唤醒等待队列。需要注意的重要一点是，
即使在设备要提供数据之前 ，我也可以随时启动DMA
。DMA引擎将坐下等待，直到有要复制的数据为止。这很好。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。

我想要实现，poll以便可以select在用户空间中使用系统调用，从而可以同时监视此设备和套接字。

我可以找到的大多数资源都poll对：

1. 呼叫poll_wait每个可能指示状态变化的等待队列
2. 返回指示数据是否可用的位掩码

第二部分使我感到困惑。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。就我而言， 除非启动DMA ， 否则 数据
将永远不可用 ，即使执行了此操作，数据也不会立即可用（可能需要一段时间才能使设备实际拥有数据并完成DMA）。

那将如何实施呢？poll函数是否应该实际启动DMA，以便最终获得数据？我想这会破坏我的read功能。

Answer 1

免责声明

嗯，这是一个很好的体系结构问题，它暗示了有关您的硬件和所需的用户空间接口的一些假设。因此，让我就更改做出结论，并尝试猜测哪种解决方案最适合您的情况。

设计

考虑到您还没有提到write()操作，我将进一步假设您的硬件一直在 产生 新数据。如果是这样，您提到的设计可能正是使您感到困惑的地方：

该read调用非常简单。它开始DMA写操作，然后在等待队列中等待。

这正是阻止您以常规，常用（可能是您所希望的）方式使用驱动程序的原因。让我们思考开箱即用，并首先提出所需的用户界面（如何从用户空间使用驱动程序）。在我看来，下一种情况是常用且足够的：

1. poll() 您的设备文件以等待新数据到达
2. read() 您的设备文件以获得到达的数据

现在，你可以看到，数据请求（以DMA）应该开始 不
被read()操作。正确的解决方案是连续读取驱动程序中的数据（不从用户空间触发任何数据）并在内部存储，并且当用户要求驱动程序 使用
（通过read()操作）数据时，请向用户提供内部存储的数据。如果驱动程序内部没有存储任何数据-用户可以使用poll()操作等待新数据到达。

如您所见，这是一个众所周知的生产者－消费者问题。您可以使用循环缓冲区将硬件中的数据存储在驱动程序中（因此，在缓冲区已满时有意丢失旧数据以防止 缓冲区溢出的
情况）。因此，生产者（DMA）写入该RX环形缓冲区的 头部 ，而使用者（用户在read()用户空间执行）从该RX环形缓冲区的 尾部
读取。

代码参考

这一切情况让我想起了 串行控制台 [
1，2
]的驱动程序。因此，请考虑在驱动程序实现中使用串行API（如果您的设备实际上 是
串行控制台）。例如，参见drivers / tty / serial / atmel_serial.c驱动程序。我对UART
API不太熟悉，因此我无法确切告诉您发生了什么，但是乍一看它看起来并不难，因此您可以从该代码中找出一两个问题您的驱动程序设计。

如果您的驱动程序不应该使用串行API，则可以使用下一个驱动程序作为参考：

• drivers / char / virtio_console.c
• 驱动程序/char/xillybus/xillybus_core.c

补充

在评论中回答您的问题：

您是否建议在没有可用数据且应阻止时read拨打电话？poll``read

首先，您要决定是否要提供：

• 阻止I / O
• 非阻塞I / O
• 或两者都

让我们假设（出于争论的目的）您想在驱动程序中提供两个选项。在这种情况下，open()如果flags参数包含O_NONBLOCK标志，则应签入呼叫。来自man 2 open：

O_NONBLOCK 要么 O_NDELAY

如果可能，以非阻止模式打开文件。open()返回的文件描述符的或后续操作都不会导致调用过程等待。有关FIFO（命名管道）的处理，另请参见fifo(7)。有关O_NONBLOCK与强制性文件锁定和文件租用结合使用的影响的讨论，请参见fcntl(2)。

现在，当您知道用户选择的模式时，可以下一步（在驱动程序中）：

1. 如果flagsin中open()不包含此类标志，则可以进行阻止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在open()标志并没有在循环缓冲区可用数据-你应该返回read()调用与EWOULDBLOCK错误代码。

来自man 2 read：

EAGAIN 要么 EWOULDBLOCK

文件描述符fd引用套接字，并已标记为非阻塞（O_NONBLOCK），并且读取将阻塞。POSIX.1-2001允许在这种情况下返回任何一个错误，并且不需要这些常量具有相同的值，因此可移植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，以更好地了解相应的接口：

[1] POSIX操作系统串行编程指南

[2] 串口编程指南

补充2

我需要某种不断从设备读取数据并填充环形缓冲区的后台任务。poll现在是微不足道的-
只需检查该缓冲区中是否有任何东西，但read更困难，因为它可能需要等待将某些内容发布到环形缓冲区中。

例如，查看driver / char / virtio_console.c驱动程序的实现。

1. 在poll（）函数中：do poll_wait()（等待新数据到达）
2. 在接收数据中断处理程序中：做wake_up_interruptible()（唤醒poll和read操作）
3. 在read（）函数中：
   • 如果端口没有数据：
   • 如果O_NONBLOCK设置了标志（open()运行中）：立即返回-EAGAIN=-EWOULDBLOCK
   • 否则，我们将阻止读取：执行操作wait_event_freezable()以等待新数据到达
   • 如果端口有数据：从缓冲区返回数据