一、场景引入：妈妈与多个小孩的 “信号通知”
应用程序注册信号处理函数，驱动有数据时主动发信号通知应用程序（类似单片机中断），这就是异步通知机制。
类被生活中的场景：妈妈在房间里干活，小孩醒了之后，会走出房间告诉妈妈 “我醒了”。如果妈妈有多个小孩（比如两个、三个），也没关系 —— 不同小孩醒了之后，发出的 “信号”（比如声音、动作）不一样；妈妈收到不同信号，反应也不同：
- 年纪更大的小孩发出信号，妈妈可能就不用管了（因为孩子能自理）。
从这个场景里，我们能看到几个关键元素 —— 这对应到软件里，就是 “异步通知” 机制，核心是 “发信号”以及“信号处理函数”。
二、异步通知的核心概念：谁发信号、发给谁、怎么处理
异步通知的本质是 “发信号”，需要明确三个关键问题：
- 谁发给谁：在我们的技术场景里，通常是 “中断”（对应场景里的 “小孩”）给 “应用程序（app）”（对应场景里的 “妈妈”）发信号；也可能是其他任务给 app 发信号，这里重点讲中断发信号的情况。
- 怎么处理信号：app 要处理信号，得先告诉系统 “收到信号后要做什么”—— 这就需要 “注册信号处理函数”。
- 核心流程：第一步：应用程序注册信号处理函数（告诉系统 “收到信号执行什么操作”）；第二步：中断触发时，向 app 发送信号；第三步：app 收到信号后，调用预先注册的信号处理函数。
三、应用程序的异步通知实现步骤
1. 第一步：注册信号处理函数
应用程序启动后，首先要调用信号注册函数（如 signal 函数），指定 “收到某类信号时，执行哪个处理函数”。比如示例程序里，一开始就注册了一个信号处理函数，明确信号到来时的执行逻辑。
staticvoidsig_func(int sig)
{
int val;
read(fd, &val, 4);
printf("get button : 0x%x\n", val);
}
intmain(int argc, char **argv)
{
signal(SIGIO, sig_func);
}
2. 第二步：打开驱动程序
和之前的机制一样，应用程序需要先调用 open 函数打开目标驱动，建立与驱动的连接。
3. 第三步：设置进程 ID（告诉驱动 “发给谁”）
通过 fcntl 函数的 F_SETOWN 命令，把应用程序的进程 ID（PID）设置到驱动程序里。这么做的目的是：让驱动知道 “信号要发给哪个进程”—— 就像妈妈告诉小孩 “有事找我”，小孩才知道通知的对象是谁。
这里要注意：设置 PID 后，相当于告诉驱动 “这个驱动现在属于我的进程（PID 对应的进程）”，驱动后续会把信号发给这个 PID 对应的进程。
4. 第四步：启动异步通知功能
先通过 fcntl 函数的 F_GETFL 命令获取驱动当前的文件状态标志，然后在原有标志基础上，加上 FASYNC 标志（表示启用异步通知），再通过 F_SETFL 命令把新标志设置回驱动。
这一步是告诉驱动 “可以开始发送异步信号了”，相当于妈妈告诉小孩 “你醒了可以叫我”。
staticint fd;
staticvoidsig_func(int sig)
{
int val;
read(fd, &val, 4);
printf("get button : 0x%x\n", val);
}
intmain(int argc, char **argv)
{
int val;
structpollfdfds[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;
}
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
flags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);
while (1)
{
printf("欢迎关注公众号：嵌入式职场直升机 \n");
sleep(2);
}
close(fd);
return0;
}
四、驱动与中断的异步通知交互逻辑
应用程序做好准备后，我们来看驱动和中断如何配合发送信号：
1. 驱动的准备工作
当应用程序设置 PID 和 FASYNC 标志时，驱动会调用 fasync_helper 辅助函数，把应用程序的 PID、FASYNC 标志等信息，保存到驱动的 fasync 结构体（如 button_fasync 结构体）里。
这个结构体就像 “通讯录”，记录了 “信号要发给哪个进程”，后续中断触发时会用到。
staticintgpio_key_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{
if (fasync_helper(fd, file, on, &button_fasync) >= 0)
return0;
else
return -EIO;
}
2. 中断触发后的信号发送
当用户按下按键，触发 GPIO 中断后，中断处理函数会执行以下操作：
- 读取 GPIO 状态，记录按键值，存入驱动的缓冲区（这一步和之前的机制一致）；
- 尝试唤醒等待队列上的任务（但异步通知场景下，通常没有任务在等待，所以这一步可能没作用）；
- 关键步骤：调用 kill_fasync 函数，从 fasync 结构体中获取目标进程的 PID，向该进程发送 SIGIO 信号（I/O 相关信号）。
这里要明确：SIGIO 信号是 “有 I/O 事件发生” 的通知，发送对象就是应用程序之前设置的 PID 对应的进程。
/* 定义自己的file_operations结构体 */
staticstructfile_operationsgpio_key_drv = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = gpio_key_drv_read,
.poll = gpio_key_drv_poll,
.fasync = gpio_key_drv_fasync,
};
staticirqreturn_tgpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{
structgpio_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;
}
五、应用程序的信号处理执行逻辑
应用程序收到 SIGIO 信号后，会按照以下流程执行：
- 暂停当前正在执行的程序（比如 main 函数里的循环操作）；
- 信号处理函数执行完成后，恢复之前暂停的程序，继续执行。
这个过程和 “中断” 的逻辑很像 —— 应用程序层面的 “中断”：正常流程被打断，优先处理紧急的 “信号事件”，处理完再回到原流程。
如果对信号处理函数的调用过程感兴趣，可以后续再展开讲解，但核心逻辑就是 “暂停 - 处理 - 恢复”。
六、异步通知机制总结
应用程序与驱动程序交互，包括四种方式：查询方式、休眠唤醒方式、poll 机制，异步通知机制：
- 本次讲解的核心是 “把机制本身讲清楚”，后续如何组合使用、优化性能，需要开发者结合实际场景设计；
- 异步通知的优势是 “应用程序无需轮询或等待，可专注做其他事，有事件时通过信号被动通知”，更适合 “非实时但需低开销监测” 的场景。
