QNX 字符I/O

作者: Loyen | 来源:发表于2019-01-07 14:14 被阅读0次

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    1. Introduction

    对于实时操作系统来说,高性能的字符I/O都是必不可少的。在PC硬件中,典型的字符设备有:

    • 串口
    • 并口
    • 文本模式控制台
    • 伪终端
      程序可以通过标准的接口open()/close()/read()/write()等来访问设备。
      在QNX中,提供了io-char库来支持不同的字符设备,最大化代码重用。
      The io-char module is implemented as a library
      io-char库,包含了对设备操作的POSIX接口支持,此外也包含了一些额外的在实时系统中需要的I/O功能。io-char库是一个共用库,这些字符设备的驱动都会继承这些功能。

    2. Driver/io-char communication

    io-char库管理着应用程序和字符设备驱动之间的数据流,每一个字符设备都会对应几个内存队列,这些队列都会采用FIFO的机制来工作:

    Device I/O in the QNX Neutrino RTOS
    • 接收的数据会被存放到raw input队列中,当应用程序请求数据时,会通过io-char来取数据。在驱动的中断处理函数中,会调用io-char中的可靠例程来将硬件数据添加到队列中。
    • io-char会将输出数据发送到output队列中,并调用驱动程序中的可靠例程来将数据发送至硬件设备。当output队列满时,io-char的写操作会被阻塞。
    • canonical队列用于接收时的处理模式下,这个队列的大小决定了每次能处理的最大输入行的大小。
    • 队列的大小都可配。

    3. Device control

    底层设备的控制都是通过devctl()接口来实现的,基于devctl()有一系列的POSIX终端控制接口:

    • tcgetattr(),获取终端属性
    • tcsetattr(),设置终端属性
    • tcgetpgrp(),获取终端进程组leader进程的ID
    • tcsetpgrp(),设置终端进程组leader进程的ID
    • tcsendbreak(),发送中断条件
    • tcflow(),暂停或重新启动数据传输/接收

    此外,QNX还实现了一些扩展接口:

    • tcdropline(),发起一个断开连接
    • tcinject(),将字符加入到canonical缓冲

    4. Input modes

    每个设备都能工作在raw或者edited模式下。

    4.1 Raw input mode

    raw模式下,io-char不对数据进行编辑,这个对读取数据来说,能提供最高的性能,串口通信就是一个例子。
    当应用程序请求从设备读取数据时,需要满足某些条件,否则驱动不会返回数据给应用程序。如下图:

    Conditions for satisfying an input request

    4.2 Edited input mode

    在编辑模式下,io-char会对每个接收的字符进行line-editing处理。行代表已经完成了输入,通常是在接收到回车(CR)后表示一行结束。这个允许一次对一行数据进行处理,而不是去检查每个收到的字符。
    raw输入模式下,驱动只有在满足某些条件下才会去调度运行,而在edited模式下,中断处理会在接收到每个字符下都去调度驱动去响应。

    5. Device subsystem performance

    在设备子系统的事件流中,为了在raw模式下最小化开销和最大化吞吐量,使用了以下规则:

    • 中断处理程序直接将接受数据放置到内存队列中。只有当一个读操作处于挂起状态,并且该读操作能被满足时,中断处理程序才会调度驱动程序运行。在其他情况下,中断程序只是返回。
    • 当一个读操作被满足时,驱动程序直接从raw input队列中将数据拷贝至应用程序的缓冲区中,数据只拷贝一次。

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