STM32MP157驱动开发——按键驱动(tasklet)

文章目录

  • “tasklet”机制:
  • 内核函数
    • 定义 tasklet
    • 使能/ 禁止 tasklet
    • 调度 tasklet
    • 删除 tasklet
  • tasklet软中断方式的按键驱动程序(stm32mp157)
    • tasklet使用方法:
    • button_test.c
    • gpio_key_drv.c
    • Makefile
    • 修改设备树文件
    • 编译测试

“tasklet”机制:

阅读Linux 系统中异常与中断可知,Linux 系统对中断处理的演进过程中,实现了中断的扩展:硬件中断、软件中断

硬件中断有:GPIO,网络中断(net),系统滴答中断(tick)等
软件中断有:定时器,tasklet等

内核中的软中断:
STM32MP157驱动开发——按键驱动(tasklet)_第1张图片

该数组里面有个action成员,该成员是个函数,函数会调用链表里面每个tasklet结构体的软件中断处理函数,即下面链表的每个成员都是tasklet结构体,有对应的处理函数和flag标志位
STM32MP157驱动开发——按键驱动(tasklet)_第2张图片
如何触发软中断?——由软件决定,对于 X 号软件中断,只需要把它的 flag 设置为 1 就表示发生了该中断

内核函数

内核源码位置:include\linux\interrupt.h

定义 tasklet

使用结构体tasklet_struct 来表示一个tasklet

struct tasklet_struct
{
	struct tasklet_struct *next;
	unsigned long state;
	atomic_t count;
	void (*func)(unsigned long);
	unsigned long data;
};

成员解释:

  • state 有 2 位:

    • bit0 表示 TASKLET_STATE_SCHED
      • 等于 1 时表示已经执行了 tasklet_schedule 把该 tasklet 放入队列了;tasklet_schedule 会判断该位,如果已经等于 1 那么它就不会再次把tasklet 放入队列。
    • bit1 表示 TASKLET_STATE_RUN
      • 等于 1 时,表示正在运行 tasklet 中的 func 函数;函数执行完后内核会把该位清 0。
  • count

    • 表示该 tasklet 是否使能:等于 0 表示使能了,非 0 表示被禁止了。对于 count 非 0 的 tasklet,里面的 func 函数不会被执行。

可以用这 2 个宏来定义结构体:

#define DECLARE_TASKLET(name, func, data) \
struct tasklet_struct name = { NULL, 0, ATOMIC_INIT(0), func, data }
#define DECLARE_TASKLET_DISABLED(name, func, data) \
struct tasklet_struct name = { NULL, 0, ATOMIC_INIT(1), func, data }

注意:使用 DECLARE_TASKLET_DISABLED 定义的 tasklet 结构体,它是禁止的;使用之前要先调用 tasklet_enable 使能它。

也可以使用函数来初始化 tasklet 结构体:

extern void tasklet_init(struct tasklet_struct *t,void (*func)(unsigned long), unsigned long data);

使能/ 禁止 tasklet

static inline void tasklet_enable(struct tasklet_struct *t);
static inline void tasklet_disable(struct tasklet_struct *t);
  • tasklet_enable 把 count 增加 1;
  • tasklet_disable 把 count 减 1。

调度 tasklet

static inline void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t);

把 tasklet 放入链表,并且设置它的 TASKLET_STATE_SCHED 状态为 1。

删除 tasklet

extern void tasklet_kill(struct tasklet_struct *t);
  • 如果一个 tasklet 未被调度,tasklet_kill 会把它的TASKLET_STATE_SCHED 状态清 0;
  • 如果一个 tasklet 已被调度,tasklet_kill 会等待它执行完华,再把它TASKLET_STATE_SCHED 状态清 0。

通常在卸载驱动程序时调用 tasklet_kill

tasklet软中断方式的按键驱动程序(stm32mp157)

tasklet使用方法:

  • 先定义 tasklet,需要使用时(在硬件中断处理函数中)调用 tasklet_schedule,驱动卸载前调用tasklet_kill。tasklet_schedule 只是把 tasklet 放入内核队列,它的 func 函数会在由内核处理软件中断的执行过程中被调用

button_test.c

实现功能:首先以非阻塞的方式读取环形缓冲区十次,然后以阻塞的方式读取按键的值

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

static int fd;

/*
 * ./button_test /dev/my_gpio_key
 *
 */
int main(int argc, char **argv)
{
	int val;
	struct pollfd fds[1];
	int timeout_ms = 5000;
	int ret;
	int	flags;

	int i;
	
	/* 1. 判断参数 */
	if (argc != 2) 
	{
		printf("Usage: %s \n", argv[0]);
		return -1;
	}


	/* 2. 打开文件 */
	fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NONBLOCK);
	if (fd == -1)
	{
		printf("can not open file %s\n", argv[1]);
		return -1;
	}
	//非阻塞的方式读取十次
	for (i = 0; i < 10; i++) 
	{
		if (read(fd, &val, 4) == 4)
			printf("get button: 0x%x\n", val);
		else
			printf("get button: -1\n");
	}
	//修改为阻塞的方式,是休眠唤醒机制,没有数据则休眠
	flags = fcntl(fd, F_GETFL);
	fcntl(fd, F_SETFL, flags & ~O_NONBLOCK);

	while (1)
	{
		if (read(fd, &val, 4) == 4)
			printf("get button: 0x%x\n", val);
		else
			printf("while get button: -1\n");
	}
	
	close(fd);
	
	return 0;
}

gpio_key_drv.c

实现功能,每个按键都能打印tasklet里面的软中断函数

#include 
#include 

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

struct gpio_key{
	int gpio;
	struct gpio_desc *gpiod;
	int flag;
	int irq;
	struct timer_list key_timer;
	struct tasklet_struct tasklet;//每个按键都有软中断函数
} ;

static struct gpio_key *gpio_keys_first;

/* 主设备号                                                                 */
static int major = 0;
static struct class *gpio_key_class;

/* 环形缓冲区 */
#define BUF_LEN 128
static int g_keys[BUF_LEN];
static int r, w;

struct fasync_struct *button_fasync;

#define NEXT_POS(x) ((x+1) % BUF_LEN)

static int is_key_buf_empty(void)
{
	return (r == w);
}

static int is_key_buf_full(void)
{
	return (r == NEXT_POS(w));
}

static void put_key(int key)
{
	if (!is_key_buf_full())
	{
		g_keys[w] = key;
		w = NEXT_POS(w);
	}
}

static int get_key(void)
{
	int key = 0;
	if (!is_key_buf_empty())
	{
		key = g_keys[r];
		r = NEXT_POS(r);
	}
	return key;
}


static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_key_wait);

static void key_timer_expire(struct timer_list *t)
{
	struct gpio_key *gpio_key = from_timer(gpio_key, t, key_timer);
	int val;
	int key;

	val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);


	printk("key_timer_expire 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);
}

static void key_tasklet_func(unsigned long data)
{
	/* data ==> gpio */
	struct gpio_key *gpio_key = data;
	int val;
	int key;
	val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);
	printk("key_tasklet_func key %d %d\n", gpio_key->gpio, val);
}

/* 实现对应的open/read/write等函数,填入file_operations结构体                   */
static ssize_t gpio_key_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	int err;
	int key;

	if (is_key_buf_empty() && (file->f_flags & O_NONBLOCK))
		return -EAGAIN;
	
	wait_event_interruptible(gpio_key_wait, !is_key_buf_empty());
	key = get_key();
	err = copy_to_user(buf, &key, 4);
	
	return 4;
}

static unsigned int gpio_key_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	poll_wait(fp, &gpio_key_wait, wait);
	return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
}

static int gpio_key_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{
	if (fasync_helper(fd, file, on, &button_fasync) >= 0)
		return 0;
	else
		return -EIO;
}


/* 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations gpio_key_drv = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.read    = gpio_key_drv_read,
	.poll    = gpio_key_drv_poll,
	.fasync  = gpio_key_drv_fasync,
};


static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{
	struct gpio_key *gpio_key = dev_id;
	//printk("gpio_key_isr key %d irq happened\n", gpio_key->gpio);
	//在硬件中断函数里面调用软
	tasklet_schedule(&gpio_key->tasklet);
	mod_timer(&gpio_key->key_timer, jiffies + HZ/50);
	return IRQ_HANDLED;
}

/* 1. 从platform_device获得GPIO
 * 2. gpio=>irq
 * 3. request_irq
 */
static int gpio_key_probe(struct platform_device *pdev)
{
	int err;
	struct device_node *node = pdev->dev.of_node;
	int count;
	int i;
	enum of_gpio_flags flag;
		
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

	count = of_gpio_count(node);
	if (!count)
	{
		printk("%s %s line %d, there isn't any gpio available\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		return -1;
	}

	gpio_keys_first= kzalloc(sizeof(struct gpio_key) * count, GFP_KERNEL);
	for (i = 0; i < count; i++)
	{		
		gpio_keys_first[i].gpio = of_get_gpio_flags(node, i, &flag);
		if (gpio_keys_first[i].gpio < 0)
		{
			printk("%s %s line %d, of_get_gpio_flags fail\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
			return -1;
		}
		gpio_keys_first[i].gpiod = gpio_to_desc(gpio_keys_first[i].gpio);
		gpio_keys_first[i].flag = flag & OF_GPIO_ACTIVE_LOW;
		gpio_keys_first[i].irq  = gpio_to_irq(gpio_keys_first[i].gpio);

		//setup_timer(&gpio_keys_first[i].key_timer, key_timer_expire, &gpio_keys_first[i]);
		timer_setup(&gpio_keys_first[i].key_timer, key_timer_expire, 0);
		gpio_keys_first[i].key_timer.expires = ~0;
		add_timer(&gpio_keys_first[i].key_timer);

		tasklet_init(&gpio_keys_first[i].tasklet, key_tasklet_func, &gpio_keys_first[i]);//为每个按键都注册软中断处理函数,传入的参数是按下的按键
	}

	for (i = 0; i < count; i++)
	{
		err = request_irq(gpio_keys_first[i].irq, gpio_key_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "my_gpio_key", &gpio_keys_first[i]);
	}

	/* 注册file_operations 	*/
	major = register_chrdev(0, "my_gpio_key", &gpio_key_drv);  /* /dev/gpio_key */

	gpio_key_class = class_create(THIS_MODULE, "my_gpio_key_class");
	if (IS_ERR(gpio_key_class)) {
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		unregister_chrdev(major, "my_gpio_key");
		return PTR_ERR(gpio_key_class);
	}

	device_create(gpio_key_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "my_gpio_key"); /* /dev/my_gpio_key */
        
    return 0;
    
}

static int gpio_key_remove(struct platform_device *pdev)
{
	//int err;
	struct device_node *node = pdev->dev.of_node;
	int count;
	int i;

	device_destroy(gpio_key_class, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(gpio_key_class);
	unregister_chrdev(major, "my_gpio_key");

	count = of_gpio_count(node);
	for (i = 0; i < count; i++)
	{
		free_irq(gpio_keys_first[i].irq, &gpio_keys_first[i]);
		del_timer(&gpio_keys_first[i].key_timer);
		tasklet_kill(&gpio_keys_first[i].tasklet);//通常在卸载驱动程序时调用 tasklet_kill
	}
	kfree(gpio_keys_first);
    return 0;
}


static const struct of_device_id my_keys[] = {
    { .compatible = "first_key,gpio_key" },
    { },
};

/* 1. 定义platform_driver */
static struct platform_driver gpio_keys_driver = {
    .probe      = gpio_key_probe,
    .remove     = gpio_key_remove,
    .driver     = {
        .name   = "my_gpio_key",
        .of_match_table = my_keys,
    },
};

/* 2. 在入口函数注册platform_driver */
static int __init gpio_key_init(void)
{
    int err;
    
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	
    err = platform_driver_register(&gpio_keys_driver); 
	
	return err;
}

/* 3. 有入口函数就应该有出口函数:卸载驱动程序时,就会去调用这个出口函数
 *     卸载platform_driver
 */
static void __exit gpio_key_exit(void)
{
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

    platform_driver_unregister(&gpio_keys_driver);
}


/* 7. 其他完善:提供设备信息,自动创建设备节点                                     */

module_init(gpio_key_init);
module_exit(gpio_key_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");



Makefile

# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH,          比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH,          比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin 
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
#       请参考各开发板的高级用户使用手册

KERN_DIR =   /home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Linux-5.4

all:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
	$(CROSS_COMPILE)gcc -o button_test button_test.c
clean:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
	rm -rf modules.order  button_test

# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o



obj-m += gpio_key_drv.o

修改设备树文件

在这里插入图片描述
对于一个引脚要用作中断时,

  • a) 要通过 PinCtrl 把它设置为 GPIO 功能;【ST 公司对于 STM32MP157 系列芯片,GPIO 为默认模式 不需要再进行配置Pinctrl 信息】
  • b) 表明自身:是哪一个 GPIO 模块里的哪一个引脚【修改设备树】

打开内核的设备树文件:arch/arm/boot/dts/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dts

gpio_keys_first {
	compatible = "first_key,gpio_key";
	gpios = <&gpiog 3 GPIO_ACTIVE_LOW
			&gpiog 2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};

与此同时,需要把用到引脚的节点禁用

注意,如果其他设备树文件也用到该节点,需要设置属性为disabled状态,在arch/arm/boot/dts目录下执行如下指令查找哪些设备树用到该节点

grep "&gpiog" * -nr

如果用到该节点,需要添加属性去屏蔽:

status = "disabled"; 

在这里插入图片描述

编译测试

首先要设置 ARCH、CROSS_COMPILE、PATH 这三个环境变量后,进入 ubuntu 上板子内核源码的目录,在Linux内核源码根目录下,执行如下命令即可编译 dtb 文件:

make dtbs V=1

编译好的文件在路径由DTC指定,移植设备树到开发板的共享文件夹中,先保存源文件,然后覆盖源文件,重启后会挂载新的设备树,进入该目录查看是否有新添加的设备节点

cd /sys/firmware/devicetree/base 

编译驱动程序,在Makefile文件目录下执行make指令,此时,目录下有编译好的内核模块gpio_key_drv.ko和可执行文件button_test文件移植到开发板上

确定一下烧录系统:cat /proc/mounts,查看boot分区挂载的位置,将其重新挂载在boot分区:mount /dev/mmcblk2p2 /boot,然后将共享文件夹里面的设备树文件拷贝到boot目录下,这样的话设备树文件就在boot目录下

cp /mnt/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dtb /boot

重启后挂载,运行

insmod -f gpio_key_drv.ko // 强制安装驱动程序
ls /dev/my_gpio_key
./button_test /dev/my_gpio_key & //后台运行,此时prink函数打印的内容看不到

然后按下按键

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