前言

在嵌入式Linux開發(fā)中，異步通知（Asynchronous Notification）是一種高效的設(shè)備訪問機制，特別適用于需要實時響應(yīng)硬件事件。

相比于傳統(tǒng)的阻塞式I/O和輪詢方式，異步通知能夠在事件發(fā)生時主動通知應(yīng)用程序，從而顯著降低CPU占用率并提高系統(tǒng)響應(yīng)速度。

一、異步通知的核心概念

1. 什么是異步通知

異步通知是Linux內(nèi)核提供的一種軟件層次上的中斷模擬機制。當(dāng)設(shè)備發(fā)生特定事件（如數(shù)據(jù)可讀、按鍵按下）時，驅(qū)動程序會向用戶空間發(fā)送一個信號（如SIGIO），通知應(yīng)用程序立即處理事件。

這種機制類似于硬件中斷，但發(fā)生在用戶空間和內(nèi)核空間之間。

2. 異步通知的關(guān)鍵組件

• 信號（signal）：Linux內(nèi)核通過信號與用戶進程通信，SIGIO是異步通知中常用的信號。
• fasync_struct：內(nèi)核維護的異步通知隊列結(jié)構(gòu)體，用于存儲注冊異步通知的進程信息。
• fasync方法：驅(qū)動中用于管理異步通知隊列的接口。
• kill_fasync函數(shù)：驅(qū)動向用戶進程發(fā)送信號的核心函數(shù)。

二、異步通知的實現(xiàn)原理

在用戶程序中，需要完成以下三步以啟用異步通知，即定義異步隊列，在設(shè)備結(jié)構(gòu)體中添加struct fasync_struct *async_queue;。

實現(xiàn)fasync方法，通過fasync_helper管理異步隊列。

觸發(fā)信號，在事件發(fā)生時調(diào)用kill_fasync發(fā)送SIGIO信號。

// 1. 設(shè)置信號處理函數(shù)
signal(SIGIO, handler); // handler為自定義的信號處理函數(shù)

// 2. 綁定進程與文件描述符
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); // 將當(dāng)前進程ID設(shè)置為文件描述符的屬主

// 3. 啟用異步模式
fcntl(fd, F_SETFL, fcntl(fd, F_GETFL) | FASYNC); // 設(shè)置FASYNC標志

三、代碼示例分析

以下是正在學(xué)習(xí)的一個按鍵驅(qū)動的異步通知實現(xiàn)的部分代碼：

1. 設(shè)備結(jié)構(gòu)體定義

struct imx6uirq_dev {
    ...
    struct fasync_struct *async_queue; // 異步通知隊列
};

2. fasync方法實現(xiàn)

• fasync_helper：內(nèi)核提供的標準函數(shù)，用于注冊或移除進程到異步隊列中。
• on=1：注冊異步通知。
• on=0：移除異步通知。

static int imx6uirq_fasync(int fd, struct file *filp, int on) {
    struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)filp->private_data;
    return fasync_helper(fd, filp, on, &dev->async_queue);
}

3. 觸發(fā)信號

• kill_fasync：向異步隊列中的進程發(fā)送SIGIO信號，通知應(yīng)用程序有數(shù)據(jù)可讀。

void timer_function(unsigned long arg) {
    ...
    if (atomic_read(&dev->releasekey)) { /* 按鍵釋放事件 */
        if (dev->async_queue)
            kill_fasync(&dev->async_queue, SIGIO, POLL_IN); // 發(fā)送SIGIO信號
    }
}

4. 釋放資源

static int imx6uirq_release(struct inode *inode, struct file *filp) {
    return imx6uirq_fasync(-1, filp, 0); // 清理異步隊列
}

總結(jié)

異步通知的特點：

• 低延遲響，即按鍵檢測、傳感器數(shù)據(jù)更新、實時監(jiān)控系統(tǒng)。
• 能夠避免輪詢或阻塞等待，減少延遲

對比傳統(tǒng)方式：

• 阻塞式I/O：應(yīng)用程序進入休眠態(tài)，等待設(shè)備就緒。
• 非阻塞式I/O：應(yīng)用程序定期輪詢，占用大量CPU資源。
• 異步通知：設(shè)備就緒時主動通知，無需輪詢或阻塞。

以上為個人經(jīng)驗，希望能給大家一個參考，也希望大家多多支持腳本之家。

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