在做单片机开发时，要读取GPIO按键，通常是执行一个循环，不断地检测GPIO引脚电平有没有发生变化。但是在 Linux 系统中，读取 GPIO 按键要考虑到效率，引入了很多种方法：查询方式(非阻塞)、休眠-唤醒(阻塞方式)、poll 方式、异步通知方式。这 4 种方法并不仅仅用于 GPIO 按键，在所有的APP 调用驱动程序过程中，都是使用这些方法。通过这 4 种方式的学习，可以掌握如下知识：
① 驱动的基本技能：中断、休眠、唤醒、 poll 等机制。
这些基本技能是驱动开发的基础，其他大型驱动复杂的地方是它的框架及设计思想，但是基本技术就这些。
② APP 开发的基本技能：阻塞 、非阻塞、休眠、 poll、异步通知。
1 妈妈怎么知道孩子醒了
妈妈怎么知道卧室里小孩醒了？
① 时不时进房间看一下： 查询方式
◼ 简单，但是累
② 进去房间陪小孩一起睡觉，小孩醒了会吵醒她： 休眠-唤醒
◼ 不累，但是妈妈干不了活了
③ 妈妈要干很多活，但是可以陪小孩睡一会，定个闹钟： poll 方式
◼ 要浪费点时间，但是可以继续干活。
◼ 妈妈要么是被小孩吵醒，要么是被闹钟吵醒。
④ 妈妈在客厅干活，小孩醒了他会自己走出房门告诉妈妈： 异步通知
◼ 妈妈、小孩互不耽误。
这 4 种方法没有优劣之分，在不同的场合使用不同的方法。
2 APP 读取按键的4种方法
APP去读取按键和举例的场景很相似， 也有 4 种方法：
① 查询方式
② 休眠-唤醒方式
③ poll 方式
④ 异步通知方式
第 2、3、4 种方法，都涉及中断服务程序。中断，就像小孩醒了会哭闹一样，中断不经意间到来，它会做某些事情：唤醒APP、向APP发信号。
所以，在按键驱动程序中，中断是核心
实际上，中断无论是在单片机还是在Linux中都很重要。在Linux中，中断的知识还涉及进程、线程等。
2.1 查询方式
这种方法最简单：
驱动程序中构造、注册一个file_operations结构体，里面提供有对应的open,read函数。 APP调用open时，导致驱动中对应的open函数被调用，在里面配置GPIO为输入引脚。APP调用read 时，导致驱动中对应的read函数被调用，它读取寄存器，把引脚状态直接返回给APP。
2.2 休眠-唤醒方式
驱动程序中构造、注册一个file_operations结构体，里面提供有对应的open,read 函数
◼ APP调用open时，导致驱动中对应的open函数被调用，在里面配置GPIO为输入引脚；并且注册GPIO的中断处理函数。
◼ APP调用read时，导致驱动中对应的read函数被调用，如果有按键数据则直接返回给 APP；否则 APP 在内核态休眠。当用户按下按键时， GPIO中断被触发，导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据，并唤醒休眠中的 APP。
◼ APP被唤醒后继续在内核态运行，即继续执行驱动代码，把按键数据返回给 APP(的用户空间)。
2.3 poll方式
上面的休眠-唤醒方式有个缺点：如果用户一直没操作按键，那么 APP 就会永远休眠。
我们可以给 APP 定个闹钟（超时时间），这就是 poll 方式
驱动程序中构造、注册一个 file_operations 结构体，里面提供有对应的open,read,poll 函数。
◼APP 调用open时，导致驱动中对应的open函数被调用，在里面配置GPIO为输入引脚；并且注册 GPIO 的中断处理函数。
◼APP 调用poll或select函数，意图是“查询”是否有数据，这2个函数都可以指定一个超时时间，即在这段时间内没有数据的话就返回错误。这会导致驱动中对应的 poll 函数被调用，如果有按键数据则直接返回给 APP；否则APP 在内核态休眠一段时间。
当用户按下按键时， GPIO中断被触发，导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据，并唤醒休眠中的APP
如果用户没按下按键，但是超时时间到了，内核也会唤醒 APP。
所以APP被唤醒有 2 种原因：用户操作了按键和超时。被唤醒的 APP 在内核态继续运行，即继续执行驱动代码，把“状态”返回给 APP(的用户空间)。
APP 得到 poll/select 函数的返回结果后，如果确认是有数据的，则再调用 read 函数，这会导致驱动中的 read 函数被调用，这时驱动程序中含有数据，会直接返回数据。
2.4 异步通知方式
1 异步通知的原理：发信号
异步通知的实现原理是：内核给APP发信号。信号有很多种，这里发的是SIGIO。
驱动程序中构造、注册一个file_operations结构体，里面提供有对应的open,read,fasync函数。
◼APP 调用open时，导致驱动中对应的open函数被调用，在里面配置GPIO为输入引脚；并且注册GPIO的中断处理函数。
◼APP给信号SIGIO注册自己的处理函数：my_signal_fun。
◼APP调用fcntl函数，把驱动程序的flag改为FASYNC，这会导致驱动程序的fasync函数被调用，它只是简单记录进程PID。
◼当用户按下按键时，GPIO中断被触发，导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据，然后给进程PID发送SIGIO信号。
◼APP收到信号后会被打断，先执行信号处理函数：在信号处理函数中可以去调用read函数读取按键值。
◼ 信号处理函数返回后，APP会继续执行原先被打断的代码
2 应用程序之间发信号示例代码
代码并不复杂，如下
#include <stdio.h>
#include <unistd.h>
#include <signal.h>
void my_signal_func(int signo)
{
printf("get a signal: %d\n", signo);
}
int main(int argc, char** argv)
{
int i = 0;
signal(SIGIO, my_signal_func);
while (1)
{
printf("hello world: %d\n", i++);
sleep(2);
}
return 0;
}
注册信号处理函数my_signal_func，然后是一个无限循环。在它运行期间，你可以用另一个 APP 发信号给它。
编译、运行该程序，再另开一个终端，给这个进程发信号
ps -A | grep signal // 查看进程 ID，假设是 9527
kill -SIGIO 9527 // 给这个进程发信号
如果删掉注册信号处理函数my_signal_func，再测试
直接就崩溃了。
2.5 驱动程序提供能力，不提供策略
驱动程序可以实现上述 4 种提供按键的方法，但是驱动程序不应该限制 APP 使用哪种方法。
这就是驱动设计的一个原理：提供能力，不提供策略。就是说，你想用哪种方法都行，驱动程序都可以提供；但是驱动程序不能限制你使用哪种方法
