如何在Linux GPIO上使用boost :: asio

Question

我有一个使用boost :: asio进行异步输入/输出的单线程Linux应用程序。 现在，我需要扩展此应用程序以读取/sys/class/gpio/gpioXX/value上的GPIO输入。

可以通过在边沿触发的GPIO输入上使用boost :: asio :: posix :: stream_descriptor来做到这一点？

我将GPIO输入配置如下：

echo XX >/sys/class/gpio/export
echo in >/sys/class/gpio/gpioXX/direction
echo both >/sys/class/gpio/gpioXX/edge

我设法编写了一个基于epoll的测试应用程序，该应用程序阻塞了GPIO文件描述符，直到GPIO信号发生变化，但boost::asio似乎无法正常阻塞。 对boost::asio::async_read调用总是立即使用EOF或（如果将文件指针设置回去的话）2个字节的数据立即调用处理程序（当然，仅在io_service.run() ）。

我不是boost::asio内部专家，但原因可能是boost::asio epoll反应器是水平触发的，而不是posix::stream_descriptor触发的边缘？

这是我的代码：

#include <fcntl.h>

#include <algorithm>
#include <iterator>
#include <stdexcept>

#include <boost/asio.hpp>

boost::asio::io_service io_service;
boost::asio::posix::stream_descriptor sd(io_service);
boost::asio::streambuf streambuf;

void read_handler(const boost::system::error_code& error, std::size_t bytes_transferred)
{
    if (error.value() == boost::asio::error::eof) {
        // If we don't reset the file pointer we only get EOFs
        lseek(sd.native_handle(), 0, SEEK_SET);
    } else if (error)
        throw std::runtime_error(std::string("Error ") + std::to_string(error.value()) + " occurred (" + error.message() + ")");

    std::copy_n(std::istreambuf_iterator<char>(&streambuf), bytes_transferred, std::ostreambuf_iterator<char>(std::cout));
    streambuf.consume(bytes_transferred);
    boost::asio::async_read(sd, streambuf, &read_handler);
}

int main(int argc, char *argv[])
{
    if (argc != 2)
        return 1;

    int fd = open(argv[1], O_RDONLY);
    if (fd < 1)
        return 1;

    try {
        sd.assign(fd);
        boost::asio::async_read(sd, streambuf, &read_handler);
        io_service.run();
    } catch (...) {
        close(fd);
        return 1;
    }

    close(fd);
    return 0;
}

Answer 1

据我所知，使用Boost.Asio无法获得这种特殊行为。 尽管内核将procfs和sysfs上的某些文件标记为可轮询，但它们并未提供boost::asio::posix::stream_descriptor及其操作所期望的类似于流的行为。

Boost.Asio的epoll反应器是边缘触发的（请参阅Boost.Asio 1.43 修订历史记录 ）。 在某些条件^1下 ，Boost.Asio将在启动函数 （例如async_read() ）的上下文中尝试I / O操作。 如果I / O操作完成（成功或失败），则通过io_service.post()将完成处理程序视情况发布到io_service中。 否则，文件描述符将添加到事件多路分解器以进行监视。 该文档暗示了这种行为：

无论异步操作是否立即完成 ，都不会从此函数内调用处理程序。 处理程序的调用将以与使用boost::asio::io_service::post()等效的方式执行。

对于诸如async_read()类的组合操作， EOF被视为错误 ，因为它表明该操作的合同中有违规行为（即，将不再满足完成条件，因为没有更多数据可用）。 在这种情况下，I / O系统调用将在async_read()初始化函数中发生，从文件的开头（偏移量0）到文件的末尾读取，从而导致操作因boost::asio::error::eof而失败。 boost::asio::error::eof 。 操作完成后，永远不会将其添加到事件多路分解器中以进行边沿触发的监视：

boost::asio::io_service io_service;
boost::asio::posix::stream_descriptor stream_descriptor(io_service);

void read_handler(const boost::system::error_code& error, ...)
{
  if (error.value() == boost::asio::error::eof)
  {
    // Reset to start of file.
    lseek(sd.native_handle(), 0, SEEK_SET);
  }

  // Same as below.  ::readv() will occur within this context, reading
  // from the start of file to end-of-file, causing the operation to
  // complete with failure.
  boost::asio::async_read(stream_descriptor, ..., &read_handler);
}

int main()
{
  int fd = open( /* sysfs file */, O_RDONLY);

  // This would throw an exception for normal files, as they are not
  // poll-able.  However, the kernel flags some files on procfs and
  // sysfs as pollable.
  stream_descriptor.assign(fd);

  // The underlying ::readv() system call will occur within the
  // following function (not deferred until edge-triggered notification
  // by the reactor).  The operation will read from start of file to
  // end-of-file, causing the operation to complete with failure.
  boost::asio::async_read(stream_descriptor, ..., &read_handler);

  // Run will invoke the ready-to-run completion handler from the above
  // operation.
  io_service.run();
}

---

_{1.在内部，Boost.Asio将此行为称为推测性操作。 这是一个实现细节，但是如果该操作可能不需要事件通知（例如，它可以立即尝试进行非阻塞的I / O调用）并且没有待处理的事件，则将在启动函数中尝试该I / O操作。相同类型的操作或对I / O对象的未决带外操作。 没有自定义钩子可以防止此行为。}