linux驱动开发5 按键中断实验（定时器和中断）
led：IO的输出 ；key：IO的输入
法一：直接读写IO 使用while（1）无限读取，但CPU占用达到了99.6%，所以不行
#include
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#include
#include
#include
#include
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : key.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : Linux按键输入驱动实验
其他 : 无
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/7/18 左忠凯创建
***************************************************************/
#define KEY_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define KEY_NAME "key" /* 名字 */
/* 定义按键值 */
#define KEY0VALUE 0XF0 /* 按键值 */
#define INVAKEY 0X00 /* 无效的按键值 */
/* key设备结构体 */
struct key_dev{
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
struct device_node *nd; /* 设备节点 */
int key_gpio; /* key所使用的GPIO编号 */
atomic_t keyvalue; /* 按键值 */
};
struct key_dev keydev; /* key设备 */
/*
* @description : 初始化按键IO，open函数打开驱动的时候
* 初始化按键所使用的GPIO引脚。
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int keyio_init(void)
{
keydev.nd = of_find_node_by_path("/key");
if (keydev.nd== NULL) {
return -EINVAL;
}
keydev.key_gpio = of_get_named_gpio(keydev.nd ,"key-gpio", 0);
if (keydev.key_gpio < 0) {
printk("can't get key0\r\n");
return -EINVAL;
}
printk("key_gpio=%d\r\n", keydev.key_gpio);
/* 初始化key所使用的IO */
gpio_request(keydev.key_gpio, "key0"); /* 请求IO */
gpio_direction_input(keydev.key_gpio); /* 设置为输入 */
return 0;
}
/*
* @description : 打开设备
* @param - inode : 传递给驱动的inode
* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int key_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
int ret = 0;
filp->private_data = &keydev; /* 设置私有数据 */
ret = keyio_init(); /* 初始化按键IO */
if (ret < 0) {
return ret;
}
return 0;
}
/*
* @description : 从设备读取数据
* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
* @param - cnt : 要读取的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
*/
static ssize_t key_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int ret = 0;
int value;
struct key_dev *dev = filp->private_data;
if (gpio_get_value(dev->key_gpio) == 0) { /* key0按下 */
while(!gpio_get_value(dev->key_gpio)); /* 等待按键释放 */
atomic_set(&dev->keyvalue, KEY0VALUE);
} else {
atomic_set(&dev->keyvalue, INVAKEY); /* 无效的按键值 */
}
value = atomic_read(&dev->keyvalue);
ret = copy_to_user(buf, &value, sizeof(value));
return ret;
}
/*
* @description : 向设备写数据
* @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
* @param - buf : 要写给设备写入的数据
* @param - cnt : 要写入的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
*/
static ssize_t key_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
return 0;
}
/*
* @description : 关闭/释放设备
* @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int key_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
return 0;
}
/* 设备操作函数 */
static struct file_operations key_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = key_open,
.read = key_read,
.write = key_write,
.release = key_release,
};
/*
* @description : 驱动入口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init mykey_init(void)
{
/* 初始化原子变量 */
atomic_set(&keydev.keyvalue, INVAKEY);
/* 注册字符设备驱动 */
/* 1、创建设备号 */
if (keydev.major) { /* 定义了设备号 */
keydev.devid = MKDEV(keydev.major, 0);
register_chrdev_region(keydev.devid, KEY_CNT, KEY_NAME);
} else { /* 没有定义设备号 */
alloc_chrdev_region(&keydev.devid, 0, KEY_CNT, KEY_NAME); /* 申请设备号 */
keydev.major = MAJOR(keydev.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
keydev.minor = MINOR(keydev.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
}
/* 2、初始化cdev */
keydev.cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&keydev.cdev, &key_fops);
/* 3、添加一个cdev */
cdev_add(&keydev.cdev, keydev.devid, KEY_CNT);
/* 4、创建类 */
keydev.class = class_create(THIS_MODULE, KEY_NAME);
if (IS_ERR(keydev.class)) {
return PTR_ERR(keydev.class);
}
/* 5、创建设备 */
keydev.device = device_create(keydev.class, NULL, keydev.devid, NULL, KEY_NAME);
if (IS_ERR(keydev.device)) {
return PTR_ERR(keydev.device);
}
return 0;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit mykey_exit(void)
{
/* 注销字符设备驱动 */
gpio_free(keydev.key_gpio);
cdev_del(&keydev.cdev);/* 删除cdev */
unregister_chrdev_region(keydev.devid, KEY_CNT); /* 注销设备号 */
device_destroy(keydev.class, keydev.devid);
class_destroy(keydev.class);
}
module_init(mykey_init);
module_exit(mykey_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("whz");
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : keyApp.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : 按键输入测试应用程序
其他 : 无
使用方法 ：./keyApp /dev/key
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/1/30 左忠凯创建
***************************************************************/
/* 定义按键值 */
#define KEY0VALUE 0XF0
#define INVAKEY 0X00
/*
* @description : main主程序
* @param - argc : argv数组元素个数
* @param - argv : 具体参数
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd, ret;
char *filename;
int keyvalue;
if(argc != 2){
printf("Error Usage!\r\n");
return -1;
}
filename = argv[1];
/* 打开key驱动 */
fd = open(filename, O_RDWR);
if(fd < 0){
printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
return -1;
}
/* 循环读取按键值数据！ */
while(1) {
read(fd, &keyvalue, sizeof(keyvalue));
if (keyvalue == KEY0VALUE) { /* KEY0 */
printf("KEY0 Press, value = %#X\r\n", keyvalue); /* 按下 */
}
}
ret= close(fd); /* 关闭文件 */
if(ret < 0){
printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
return -1;
}
return 0;
}
法二：使用定时器消抖和按键中断
学习过 UCOS 或 FreeRTOS 的同学应该知道， UCOS 或 FreeRTOS 是需要一个硬件定时器
提供系统时钟，一般使用 Systick 作为系统时钟源。
Linux 内核中有大量的函数需要时间管理，比如周期性的调度程序、延时程序、对于我们驱动编写者来说最常用的定时器。硬件定时器提供时钟源，时钟源的频率可以设置，设置好以后就周期性的产生定时中断，系统使用定时中断来计时。中断周期性产生的频率就是系统频率，也叫做节拍率(tick rate)(有的资料也叫系统频率)，比如 1000Hz，100Hz 等等说的就是系统节拍率。系统节拍率是可以设置的，单位是 Hz，我们在编译 Linux 内核的时候可以通过图形化界面设置系统节拍率，按照如下路径打开配置界面：
-> Kernel Features
-> Timer frequency ( [=y])
=========================================================================
高节拍率和低节拍率的优缺点：
①、高节拍率会提高系统时间精度，如果采用 100Hz 的节拍率，时间精度就是 10ms ，采用
1000Hz 的话时间精度就是 1ms ，精度提高了 10 倍。高精度时钟的好处有很多，对于那些对时
间要求严格的函数来说，能够以更高的精度运行，时间测量也更加准确。
②、高节拍率会导致中断的产生更加频繁，频繁的中断会加剧系统的负担， 1000Hz 和 100Hz
的系统节拍率相比，系统要花费 10 倍的“精力”去处理中断。中断服务函数占用处理器的时间
增加，但是现在的处理器性能都很强大，所以采用 1000Hz 的系统节拍率并不会增加太大的负
载压力。根据自己的实际情况，选择合适的系统节拍率，本教程我们全部采用默认的 100Hz 系
统节拍率。
jiffies
Linux 内核使用全局变量 jiffies 来记录系统从启动以来的系统节拍数，系统启动的时候会
将 jiffies 初始化为 0 ， jiffies 定义在文件 include/linux/jiffies.h 中，定义如下：
Linux 内核提供了如表 50.1.1.1 所示的几个 API 函数来处理绕回。
linux定时器
定时器是一个很常用的功能，需要周期性处理的工作都要用到定时器。Linux 内核定时器 采用系统时钟来实现，在使用内核定时器的时候要注意一点，内核定时器并不是周期 性运行的，超时以后就会自动关闭，因此如果想要实现周期性定时，那么就需要在定时处理函数中重新开启定时器。Linux 内核使用 timer_list 结构体表示内核定时器，timer_list 定义在文件 include/linux/timer.h 中，定义如下(省略掉条件编译)：
1 、 init_timer 函数
init_timer 函数负责初始化 timer_list 类型变量，当我们定义了一个 timer_list 变量以后一定
要先用 init_timer 初始化一下。 init_timer 函数原型如下：
void init_timer(struct timer_list *timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer ：要初始化定时器。
返回值： 没有返回值。
2 、 add_timer 函数
add_timer 函数用于向 Linux 内核注册定时器，使用 add_timer 函数向内核注册定时器以后，
定时器就会开始运行，函数原型如下：
void add_timer(struct timer_list *timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer ：要注册的定时器。
返回值： 没有返回值。
3 、 del_timer 函数
del_timer 函数用于删除一个定时器，不管定时器有没有被激活，都可以使用此函数删除。
在多处理器系统上，定时器可能会在其他的处理器上运行，因此在调用 del_timer 函数删除定时
器之前要先等待其他处理器的定时处理器函数退出。 del_timer 函数原型如下：
int del_timer(struct timer_list * timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer ：要删除的定时器。
返回值： 0 ，定时器还没被激活； 1 ，定时器已经激活。
4 、 del_timer_sync 函数
del_timer_sync 函数是 del_timer 函数的同步版，会等待其他处理器使用完定时器再删除，
del_timer_sync 不能使用在中断上下文中。 del_timer_sync 函数原型如下所示：
int del_timer_sync(struct timer_list *timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer ：要删除的定时器。
返回值： 0 ，定时器还没被激活； 1 ，定时器已经激活。
5 、 mod_timer 函数
mod_timer 函数用于修改定时值，如果定时器还没有激活的话， mod_timer 函数会激活定时
器！函数原型如下：
int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)
函数参数和返回值含义如下：
timer ：要修改超时时间 ( 定时值 ) 的定时器。
expires ：修改后的超时时间。
返回值： 0 ，调用 mod_timer 函数前定时器未被激活； 1 ，调用 mod_timer 函数前定时器已
被激活。
ioctl函数（里面是个switch函数，用来与应用层对接）
函数 timer_unlocked_ioctl ，对应应用程序的 ioctl 函数，应用程序调用 ioctl 函数向驱动发送控制信息，此函数响应并执行。此函数有三个参数：filp ， cmd 和 arg ，其中 filp 是对应的设备文件，cmd 是应用程序发送过来的命令信息， arg 是应用程序发送过来的参数，在本章例程中 arg 参数表示定时周期。
ioctl的命令是自己定义的，但是要符合linux规则
#include
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#include
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/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : timer.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : Linux内核定时器实验
其他 : 无
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/7/24 左忠凯创建
使用定时器闪烁led灯，需要初始化led灯，初始化定时器
***************************************************************/\
// 宏定义
#define TIMER_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define TIMER_NAME "timer" /* 名字 */
#define CLOSE_CMD (_IO(0XEF, 0x1)) /* 关闭定时器 */
#define OPEN_CMD (_IO(0XEF, 0x2)) /* 打开定时器 */
#define SETPERIOD_CMD (_IO(0XEF, 0x3)) /* 设置定时器周期命令 */
#define LEDON 1 /* 开灯 */
#define LEDOFF 0 /* 关灯 */
/* timer设备结构体(类) */
struct timer_dev{
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
struct device_node *nd; /* 设备节点 */
int led_gpio; /* led所使用的GPIO编号 */
//
// 这个例程中的几个定时周期变量设置的位置一定要注意，很重要
int timeperiod; /* 定时周期,单位为ms */
struct timer_list timer;/* 定义一个定时器*/
spinlock_t lock; /* 定义自旋锁 */
};
struct timer_dev timerdev; /* timer设备 */
/*
* @description : 初始化LED灯IO，open函数打开驱动的时候
* 初始化LED灯所使用的GPIO引脚。
* @param : 无
* @return : 无
* 一系列of函数获取寄存器数值
*/
static int led_init(void)
{
int ret = 0;
// of_find_node_by_path 获取设备树地址
timerdev.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
if (timerdev.nd== NULL) {
return -EINVAL;
}
// of_get_named_gpio 获取设备树属性信息
timerdev.led_gpio = of_get_named_gpio(timerdev.nd ,"led-gpio", 0);
if (timerdev.led_gpio < 0) {
printk("can't get led\r\n");
return -EINVAL;
}
/* 初始化led所使用的IO */
gpio_request(timerdev.led_gpio, "led"); /* 请求IO */
ret = gpio_direction_output(timerdev.led_gpio, 1);
if(ret < 0) {
printk("can't set gpio!\r\n");
}
return 0;
}
/*
* @description : 打开设备
* @param - inode : 传递给驱动的inode
* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int timer_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
int ret = 0;
filp->private_data = &timerdev; /* 设置私有数据 */
timerdev.timeperiod = 1000; /* 默认周期为1s */
ret = led_init(); /* 初始化LED IO */
if (ret < 0) {
return ret;
}
return 0;
}
/*
* @description : ioctl函数，（重要）
* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param - cmd : 应用程序发送过来的命令
* @param - arg : 参数
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static long timer_unlocked_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
// 获取私有数据
struct timer_dev *dev = (struct timer_dev *)filp->private_data;
int timerperiod;
unsigned long flags;
// switch 选择函数
switch (cmd) {
case CLOSE_CMD: /* 关闭定时器 */
del_timer_sync(&dev->timer);
break;
case OPEN_CMD: /* 打开定时器 */
spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
timerperiod = dev->timeperiod;
spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(timerperiod));
break;
case SETPERIOD_CMD: /* 设置定时器周期 */
spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
dev->timeperiod = arg;
spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(arg));
break;
default:
break;
}
return 0;
}
/* 设备操作函数 */
static struct file_operations timer_fops = {
// 字符设备驱动基本框架
.owner = THIS_MODULE,
.open = timer_open,
.unlocked_ioctl = timer_unlocked_ioctl,
};
/* 定时器回调函数 */
/* 内核定时器并不是周期性运行的，超时以后就会自动关闭，
因此如果想要实现周期性定时，
那么就需要在定时处理函数中重新开启定时器。*/
void timer_function(unsigned long arg)
{
struct timer_dev *dev = (struct timer_dev *)arg;
static int sta = 1;
int timerperiod;
unsigned long flags;
sta = !sta; /* 每次都取反，实现LED灯反转 */
gpio_set_value(dev->led_gpio, sta);
/* 重启定时器 */
spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
timerperiod = dev->timeperiod;
spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(dev->timeperiod));
}
/*
* @description : 驱动入口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init timer_init(void)
{
/* 初始化自旋锁 */
spin_lock_init(&timerdev.lock);
/
// 字符设备驱动基本框架
/* 注册字符设备驱动 */
/* 1、创建设备号 */
if (timerdev.major) { /* 定义了设备号 */
timerdev.devid = MKDEV(timerdev.major, 0);
register_chrdev_region(timerdev.devid, TIMER_CNT, TIMER_NAME);
} else { /* 没有定义设备号 */
alloc_chrdev_region(&timerdev.devid, 0, TIMER_CNT, TIMER_NAME); /* 申请设备号 */
timerdev.major = MAJOR(timerdev.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
timerdev.minor = MINOR(timerdev.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
}
/* 2、初始化cdev */
timerdev.cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&timerdev.cdev, &timer_fops);
/* 3、添加一个cdev */
cdev_add(&timerdev.cdev, timerdev.devid, TIMER_CNT);
/* 4、创建类 */
timerdev.class = class_create(THIS_MODULE, TIMER_NAME);
if (IS_ERR(timerdev.class)) {
return PTR_ERR(timerdev.class);
}
/* 5、创建设备 */
timerdev.device = device_create(timerdev.class, NULL, timerdev.devid, NULL, TIMER_NAME);
if (IS_ERR(timerdev.device)) {
return PTR_ERR(timerdev.device);
}
/
/* 6、初始化定时器init_timer，设置定时器处理函数,还未设置周期，所有不会激活定时器 */
init_timer(&timerdev.timer);
timerdev.timer.function = timer_function;
timerdev.timer.data = (unsigned long)&timerdev;
return 0;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit timer_exit(void)
{
gpio_set_value(timerdev.led_gpio, 1); /* 卸载驱动的时候关闭LED */
del_timer_sync(&timerdev.timer); /* 删除定时器 */
#if 0
del_timer(&timerdev.tiemr);
#endif
/* 注销字符设备驱动 */
gpio_free(timerdev.led_gpio);
cdev_del(&timerdev.cdev);/* 删除cdev */
unregister_chrdev_region(timerdev.devid, TIMER_CNT); /* 注销设备号 */
device_destroy(timerdev.class, timerdev.devid);
class_destroy(timerdev.class);
}
module_init(timer_init);
module_exit(timer_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("whz");
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : timer.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : Linux内核定时器实验
其他 : 无
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/7/24 左忠凯创建
使用定时器闪烁led灯，需要初始化led灯，初始化定时器
***************************************************************/\
// 宏定义
#define TIMER_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define TIMER_NAME "timer" /* 名字 */
#define CLOSE_CMD (_IO(0XEF, 0x1)) /* 关闭定时器 */
#define OPEN_CMD (_IO(0XEF, 0x2)) /* 打开定时器 */
#define SETPERIOD_CMD (_IO(0XEF, 0x3)) /* 设置定时器周期命令 */
#define LEDON 1 /* 开灯 */
#define LEDOFF 0 /* 关灯 */
/* timer设备结构体(类) */
struct timer_dev{
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
struct device_node *nd; /* 设备节点 */
int led_gpio; /* led所使用的GPIO编号 */
//
// 这个例程中的几个定时周期变量设置的位置一定要注意，很重要
int timeperiod; /* 定时周期,单位为ms */
struct timer_list timer;/* 定义一个定时器*/
spinlock_t lock; /* 定义自旋锁 */
};
struct timer_dev timerdev; /* timer设备 */
/*
* @description : 初始化LED灯IO，open函数打开驱动的时候
* 初始化LED灯所使用的GPIO引脚。
* @param : 无
* @return : 无
* 一系列of函数获取寄存器数值
*/
static int led_init(void)
{
int ret = 0;
// of_find_node_by_path 获取设备树地址
timerdev.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
if (timerdev.nd== NULL) {
return -EINVAL;
}
// of_get_named_gpio 获取设备树属性信息
timerdev.led_gpio = of_get_named_gpio(timerdev.nd ,"led-gpio", 0);
if (timerdev.led_gpio < 0) {
printk("can't get led\r\n");
return -EINVAL;
}
/* 初始化led所使用的IO */
gpio_request(timerdev.led_gpio, "led"); /* 请求IO */
ret = gpio_direction_output(timerdev.led_gpio, 1);
if(ret < 0) {
printk("can't set gpio!\r\n");
}
return 0;
}
/*
* @description : 打开设备
* @param - inode : 传递给驱动的inode
* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int timer_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
int ret = 0;
filp->private_data = &timerdev; /* 设置私有数据 */
timerdev.timeperiod = 1000; /* 默认周期为1s */
ret = led_init(); /* 初始化LED IO */
if (ret < 0) {
return ret;
}
return 0;
}
/*
* @description : ioctl函数，（重要）
* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param - cmd : 应用程序发送过来的命令
* @param - arg : 参数
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static long timer_unlocked_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{
// 获取私有数据
struct timer_dev *dev = (struct timer_dev *)filp->private_data;
int timerperiod;
unsigned long flags;
// switch 选择函数
switch (cmd) {
case CLOSE_CMD: /* 关闭定时器 */
del_timer_sync(&dev->timer);
break;
case OPEN_CMD: /* 打开定时器 */
spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
timerperiod = dev->timeperiod;
spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(timerperiod));
break;
case SETPERIOD_CMD: /* 设置定时器周期 */
spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
dev->timeperiod = arg;
spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(arg));
break;
default:
break;
}
return 0;
}
/* 设备操作函数 */
static struct file_operations timer_fops = {
// 字符设备驱动基本框架
.owner = THIS_MODULE,
.open = timer_open,
.unlocked_ioctl = timer_unlocked_ioctl,
};
/* 定时器回调函数 */
/* 内核定时器并不是周期性运行的，超时以后就会自动关闭，
因此如果想要实现周期性定时，
那么就需要在定时处理函数中重新开启定时器。*/
void timer_function(unsigned long arg)
{
struct timer_dev *dev = (struct timer_dev *)arg;
static int sta = 1;
int timerperiod;
unsigned long flags;
sta = !sta; /* 每次都取反，实现LED灯反转 */
gpio_set_value(dev->led_gpio, sta);
/* 重启定时器 */
spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);
timerperiod = dev->timeperiod;
spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(dev->timeperiod));
}
/*
* @description : 驱动入口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init timer_init(void)
{
/* 初始化自旋锁 */
spin_lock_init(&timerdev.lock);
/
// 字符设备驱动基本框架
/* 注册字符设备驱动 */
/* 1、创建设备号 */
if (timerdev.major) { /* 定义了设备号 */
timerdev.devid = MKDEV(timerdev.major, 0);
register_chrdev_region(timerdev.devid, TIMER_CNT, TIMER_NAME);
} else { /* 没有定义设备号 */
alloc_chrdev_region(&timerdev.devid, 0, TIMER_CNT, TIMER_NAME); /* 申请设备号 */
timerdev.major = MAJOR(timerdev.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
timerdev.minor = MINOR(timerdev.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
}
/* 2、初始化cdev */
timerdev.cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&timerdev.cdev, &timer_fops);
/* 3、添加一个cdev */
cdev_add(&timerdev.cdev, timerdev.devid, TIMER_CNT);
/* 4、创建类 */
timerdev.class = class_create(THIS_MODULE, TIMER_NAME);
if (IS_ERR(timerdev.class)) {
return PTR_ERR(timerdev.class);
}
/* 5、创建设备 */
timerdev.device = device_create(timerdev.class, NULL, timerdev.devid, NULL, TIMER_NAME);
if (IS_ERR(timerdev.device)) {
return PTR_ERR(timerdev.device);
}
/
/* 6、初始化定时器init_timer，设置定时器处理函数,还未设置周期，所有不会激活定时器 */
init_timer(&timerdev.timer);
timerdev.timer.function = timer_function;
timerdev.timer.data = (unsigned long)&timerdev;
return 0;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit timer_exit(void)
{
gpio_set_value(timerdev.led_gpio, 1); /* 卸载驱动的时候关闭LED */
del_timer_sync(&timerdev.timer); /* 删除定时器 */
#if 0
del_timer(&timerdev.tiemr);
#endif
/* 注销字符设备驱动 */
gpio_free(timerdev.led_gpio);
cdev_del(&timerdev.cdev);/* 删除cdev */
unregister_chrdev_region(timerdev.devid, TIMER_CNT); /* 注销设备号 */
device_destroy(timerdev.class, timerdev.devid);
class_destroy(timerdev.class);
}
module_init(timer_init);
module_exit(timer_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("whz");
=========================================================================
Linux 中断实验
1 、中断号
每个中断都有一个中断号，通过中断号即可区分不同的中断，有的资料也把中断号叫做中
断线。在 Linux 内核中使用一个 int 变量表示中断号，关于中断号我们已经在第十七章讲解过
了。
2 、 request_irq 函数
在 Linux 内核中要想使用某个中断是需要申请的， request_irq 函数用于申请中断， request_irq
函数可能会导致睡眠，因此不能在中断上下文或者其他禁止睡眠的代码段中使用 request_irq 函
数。 request_irq 函数会激活(使能) 中断，所以不需要我们手动去使能中断， request_irq 函数原型
如下：
3 、 free_irq 函数
使用中断的时候需要通过 request_irq 函数申请，使用完成以后就要通过 free_irq 函数释放
掉相应的中断。如果中断不是共享的，那么 free_irq 会删除中断处理函数并且禁止中断。 free_irq
函数原型如下所示：
4 、中断处理函数
使用 request_irq 函数申请中断的时候需要设置中断处理函数，中断处理函数格式如下所示：
irqreturn_t (*irq_handler_t) (int, void *)
第一个参数是要中断处理函数要相应的中断号。第二个参数是一个指向 void 的指针，也就
是个通用指针，需要与 request_irq 函数的 dev 参数保持一致。用于区分共享中断的不同设备，
dev 也可以指向设备数据结构。中断处理函数的返回值为 irqreturn_t 类型， irqreturn_t 类型定义
如下所示：
5 、中断使能与禁止函数
常用的中断使用和禁止函数如下所示：
void enable_irq(unsigned int irq)
void disable_irq(unsigned int irq)
enable_irq 和 disable_irq 用于使能和禁止指定的中断， irq 就是要禁止的中断号。disable_irq
函数要等到当前正在执行的中断处理函数执行完才返回，因此使用者需要保证不会产生新的中
断，并且确保所有已经开始执行的中断处理程序已经全部退出。在这种情况下，可以使用另外
一个中断禁止函数：
void disable_irq_nosync(unsigned int irq)
disable_irq_nosync 函数调用以后立即返回，不会等待当前中断处理程序执行完毕。上面三
个函数都是使能或者禁止某一个中断，有时候我们需要关闭当前处理器的整个中断系统，也就
是在学习 STM32 的时候常说的关闭全局中断，这个时候可以使用如下两个函数：
local_irq_enable()
local_irq_disable()
local_irq_enable 用于使能当前处理器中断系统， local_irq_disable 用于禁止当前处理器中断
系统。假如 A 任务调用 local_irq_disable 关闭全局中断 10S ，当关闭了 2S 的时候 B 任务开始运
行， B 任务也调用 local_irq_disable 关闭全局中断 3S ， 3 秒以后 B 任务调用 local_irq_enable 函
数将全局中断打开了。此时才过去 2+3=5 秒的时间，然后全局中断就被打开了，此时 A 任务要
关闭 10S 全局中断的愿望就破灭了，然后 A 任务就“生气了”，结果很严重，可能系统都要被
A 任务整崩溃。为了解决这个问题， B 任务不能直接简单粗暴的通过 local_irq_enable 函数来打
开全局中断，而是将中断状态恢复到以前的状态，要考虑到别的任务的感受，此时就要用到下
面两个函数：
local_irq_save(flags)
local_irq_restore(flags)
这两个函数是一对， local_irq_save 函数用于禁止中断，并且将中断状态保存在 flags 中。
local_irq_restore 用于恢复中断，将中断到 flags 状态。
上半部与下半部
我们在使用 request_irq 申请中断的时候注册的中断服务函数属于中断处理的上半部，只要中断触发，那么 中断处理函数就会执行。我们都知道中断处理函数一定要快点执行完毕，越短越好，但是现实 往往是残酷的，有些中断处理过程就是比较费时间，我们必须要对其进行处理，缩小中断处理 函数的执行时间。
中断中通过 IIC 读取数据就会浪费时间。我们可以将通过 IIC 读取触摸数据
的操作暂后执行，中断处理函数仅仅相应中断，然后清除中断标志位即可。这个时候中断处理
过程就分为了两部分
1、上半部：上半部就是中断处理函数，那些处理过程比较快，不会占用很长时间的处理就可
以放在上半部完成。
2、下半部：如果中断处理过程比较耗时，那么就将这些比较耗时的代码提出来，交给下半部
去执行，这样中断处理函数就会快进快出。
因此， Linux 内核将中断分为上半部和下半部的主要目的就是实现中断处理函数的快进快
出，那些对时间敏感、执行速度快的操作可以放到中断处理函数中，也就是上半部。剩下的所
有工作都可以放到下半部去执行，比如在上半部将数据拷贝到内存中，关于数据的具体处理就
可以放到下半部去执行。至于哪些代码属于上半部，哪些代码属于下半部并没有明确的规定，
一切根据实际使用情况去判断
①、如果要处理的内容不希望被其他中断打断，那么可以放到上半部。②、如果要处理的任务对时间敏感，可以放到上半部。③、如果要处理的任务与硬件有关，可以放到上半部④、除了上述三点以外的其他任务，优先考虑放到下半部。
Linux 内核提供了多种下半部机制，接下来我们来学习一下这些下半部机制。
软中断
Linux 内核使用结构体 softirq_action 表示软中断， softirq_action 结构体定义在文件include/linux/interrupt.h 中
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tasklet 是利用软中断来实现的另外一种下半部机制，在软中断和 tasklet 之间，建议大家使
用 tasklet 。 Linux 内核使用 tasklet_struct 结构体来表示 tasklet ：
示例代码 51.1.2.5 tasklet_struct 结构体
484 struct tasklet_struct
485 {
486 struct tasklet_struct *next; /* 下一个 tasklet */
487 unsigned long state; /* tasklet 状态 */
488 atomic_t count; /* 计数器，记录对 tasklet 的引用数 */
489 void (*func)(unsigned long); /* tasklet 执行的函数 */
490 unsigned long data; /* 函数 func 的参数 */
491 };示例代码 51.1.2.7 tasklet 使用示例
/* 定义 taselet */
struct tasklet_struct testtasklet;
/* tasklet 处理函数 */
void testtasklet_func(unsigned long data) {
/* tasklet 具体处理内容 */
}
/* 中断处理函数 */
irqreturn_t test_handler(int irq, void *dev_id) {
......
/* 调度 tasklet */
tasklet_schedule(&testtasklet);
......
}
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxxx_init(void) {
......
/* 初始化 tasklet */
tasklet_init(&testtasklet, testtasklet_func, data);
/* 注册中断处理函数 */
request_irq(xxx_irq, test_handler, 0, "xxx", &xxx_dev);
......
}如何在设备树中描述中断信息
如果使用设备树的话就需要在设备树中设置好中断属性信息， Linux 内核通过读取设备树中的中断属性信息来配置中断。对于中断控制器而言，设备树绑定信息参考文档
Documentation/devicetree/bindings/arm/gic.txt 。打开 imx6ull.dtsi 文件，其中的 intc 节点就是
I.MX6ULL 的中断控制器节点
获取中断号
编写驱动的时候需要用到中断号，我们用到中断号， 中断信息已经写到了设备树里面，因
此可以通过 irq_of_parse_and_map 函数从 interupts 属性中提取到对应的设备号 ，函数原型如下：
unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev,
int
index)
函数参数和返回值含义如下：
dev ： 设备节点。
index ：索引号， interrupts 属性可能包含多条中断信息，通过 index 指定要获取的信息。
返回值：中断号。
如果使用 GPIO 的话，可以使用 gpio_to_irq 函数来获取 gpio 对应的中断号，函数原型如
下：
int gpio_to_irq(unsigned int gpio)
函数参数和返回值含义如下：
gpio ： 要获取的 GPIO 编号。
返回值： GPIO 对应的中断号。
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本章实验我们驱动 I.MX6U-ALPHA 开发板上的 KEY0 按键，不过我们采用中断的方式，
并且采用定时器来实现按键消抖，应用程序读取按键值并且通过终端打印出来。通过本章我们
可以学习到 Linux 内核中断的使用方法，以及对 Linux 内核定时器的回顾。
（如果加了下半部，就是中断——tasklet——定时器）
（不加下半部，就是中断——定时器）
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : imx6uirq.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : Linux中断驱动实验
其他 : 无
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/7/26 左忠凯创建
***************************************************************/
#define IMX6UIRQ_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define IMX6UIRQ_NAME "imx6uirq" /* 名字 */
#define KEY0VALUE 0X01 /* KEY0按键值 */
#define INVAKEY 0XFF /* 无效的按键值 */
#define KEY_NUM 1 /* 按键数量 */
/* 中断IO描述结构体 */
struct irq_keydesc {
int gpio; /* gpio */
int irqnum; /* 中断号 */
unsigned char value; /* 按键对应的键值 */
char name[10]; /* 名字 */
irqreturn_t (*handler)(int, void *); /* 中断服务函数 */
};
/* imx6uirq设备结构体 */
struct imx6uirq_dev{
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
struct device_node *nd; /* 设备节点 */
// 这俩是向应用层上报的原子值 keyvalue releasekey
atomic_t keyvalue; /* 有效的按键键值 */
atomic_t releasekey; /* 标记是否完成一次完成的按键，包括按下和释放 */
struct timer_list timer;/* 定义一个定时器*/
struct irq_keydesc irqkeydesc[KEY_NUM]; /* 按键描述数组 */
unsigned char curkeynum; /* 当前的按键号 */
};
struct imx6uirq_dev imx6uirq; /* irq设备 */
/* @description : 中断服务函数，开启定时器，延时10ms，
* 定时器用于按键消抖。
* @param - irq : 中断号
* @param - dev_id : 设备结构。
* @return : 中断执行结果
*/
// 按键中断处理函数（触发函数）开启定时器，延时10ms，用于按键消抖
// imx6uirq.irqkeydesc[0].handler = key0_handler;
static irqreturn_t key0_handler(int irq, void *dev_id)
{
struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)dev_id;
dev->curkeynum = 0;
dev->timer.data = (volatile long)dev_id;
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(20)); /* 10ms定时 */
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
/* @description : 定时器服务函数，用于按键消抖，定时器到了以后
* 再次读取按键值，如果按键还是处于按下状态就表示按键有效。
* @param - arg : 设备结构变量
* @return : 无
*/
void timer_function(unsigned long arg)
{
unsigned char value;
unsigned char num;
struct irq_keydesc *keydesc;
struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)arg;
num = dev->curkeynum;
keydesc = &dev->irqkeydesc[num];
value = gpio_get_value(keydesc->gpio); /* 读取IO值 */
if(value == 0){ /* 按下按键，对keyvalue值改写，方便read函数读取 */
atomic_set(&dev->keyvalue, keydesc->value);
}
else{ /* 按键松开 */
atomic_set(&dev->keyvalue, 0x80 | keydesc->value);
atomic_set(&dev->releasekey, 1); /* 标记松开按键，即完成一次完整的按键过程 */
}
}
/*
* @description : 按键IO初始化
* @param : 无
* @return : 无
*/
// static int keyio_init(struct imx6uirq_dev *dev) 直接输入结构体，高内聚，低耦合
static int keyio_init(void)
{
unsigned char i = 0;
int ret = 0;
// 获取设备树地址/按键初始化
imx6uirq.nd = of_find_node_by_path("/key");
if (imx6uirq.nd== NULL){
printk("key node not find!\r\n");
return -EINVAL;
}
/* 提取GPIO 提取按键的设备属性 */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio = of_get_named_gpio(imx6uirq.nd ,"key-gpio", i);
if (imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio < 0) {
printk("can't get key%d\r\n", i);
}
}
/
/*按键按下以后触发上升沿或下降沿，进入key0_handler按键中断处理函数，开启定时器延时10ms做一个简单的消抖
10ms以后进入定时器处理函数timer_function，如果定时器处理函数执行了就说明 消抖已经结束，
我们可以在定时器处理函数里面做真正的事情了*/
/* 初始化key所使用的IO（IO初始化），并且设置成中断模式 */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
memset(imx6uirq.irqkeydesc[i].name, 0, sizeof(imx6uirq.irqkeydesc[i].name)); /* 缓冲区清零 */
sprintf(imx6uirq.irqkeydesc[i].name, "KEY%d", i); /* 组合名字 */
gpio_request(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio, imx6uirq.irqkeydesc[i].name);
gpio_direction_input(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio);
// irq_of_parse_and_map 获取中断号
imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum = irq_of_parse_and_map(imx6uirq.nd, i);
#if 0
// gpio_to_irq 获取中断号
imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum = gpio_to_irq(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio);
#endif
printk("key%d:gpio=%d, irqnum=%d\r\n",i, imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio,
imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum);
}
/* 申请中断（按键中断初始化） */
imx6uirq.irqkeydesc[0].handler = key0_handler; //消抖
imx6uirq.irqkeydesc[0].value = KEY0VALUE;
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
// IRQF_TRIGGER_FALLING|IRQF_TRIGGER_RISING 上升沿或下降沿都触发
ret = request_irq(imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum, imx6uirq.irqkeydesc[i].handler,
IRQF_TRIGGER_FALLING|IRQF_TRIGGER_RISING, imx6uirq.irqkeydesc[i].name, &imx6uirq);
if(ret < 0){
printk("irq %d request failed!\r\n", imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum);
return -EFAULT;
//这里少程序了。类如初始化了四个IO，到第四个失败了时，需要将前三个一起释放
/*
fail_irq:
for(i=0;iirqkey[i].gpio,);
}
*/
}
}
/* 创建定时器\初始化定时器 */
init_timer(&imx6uirq.timer);
imx6uirq.timer.function = timer_function; //进入定时器处理函数，执行真正的代码
return 0;
}
///
/*
* @description : 打开设备
* @param - inode : 传递给驱动的inode
* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int imx6uirq_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
filp->private_data = &imx6uirq; /* 设置私有数据 */
return 0;
}
/*
* @description : 从设备读取数据
* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
* @param - cnt : 要读取的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
*/
static ssize_t imx6uirq_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int ret = 0;
unsigned char keyvalue = 0;
unsigned char releasekey = 0;
struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)filp->private_data;
// 读取按键值和按键有没有被释放
keyvalue = atomic_read(&dev->keyvalue);
releasekey = atomic_read(&dev->releasekey);
if (releasekey) { /* 有按键按下 */
if (keyvalue & 0x80) {
keyvalue &= ~0x80;
ret = copy_to_user(buf, &keyvalue, sizeof(keyvalue));//拷贝值至ret
} else {
goto data_error;
}
atomic_set(&dev->releasekey, 0);/* 按下标志清零 */
} else {
goto data_error;
}
return 0;
data_error:
return -EINVAL;
}
/* 设备操作函数 打开再读取*/
static struct file_operations imx6uirq_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = imx6uirq_open,
.read = imx6uirq_read,
};
/*
* @description : 驱动入口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init imx6uirq_init(void)
{
/* 1、构建设备号 */
if (imx6uirq.major) {
imx6uirq.devid = MKDEV(imx6uirq.major, 0);
register_chrdev_region(imx6uirq.devid, IMX6UIRQ_CNT, IMX6UIRQ_NAME);
} else {
alloc_chrdev_region(&imx6uirq.devid, 0, IMX6UIRQ_CNT, IMX6UIRQ_NAME);
imx6uirq.major = MAJOR(imx6uirq.devid);
imx6uirq.minor = MINOR(imx6uirq.devid);
}
/* 2、注册字符设备 */
cdev_init(&imx6uirq.cdev, &imx6uirq_fops);
cdev_add(&imx6uirq.cdev, imx6uirq.devid, IMX6UIRQ_CNT);
/* 3、创建类 */
imx6uirq.class = class_create(THIS_MODULE, IMX6UIRQ_NAME);
if (IS_ERR(imx6uirq.class)) {
return PTR_ERR(imx6uirq.class);
}
/* 4、创建设备 */
imx6uirq.device = device_create(imx6uirq.class, NULL, imx6uirq.devid, NULL, IMX6UIRQ_NAME);
if (IS_ERR(imx6uirq.device)) {
return PTR_ERR(imx6uirq.device);
}
/* 5、初始化按键 */
atomic_set(&imx6uirq.keyvalue, INVAKEY);
atomic_set(&imx6uirq.releasekey, 0);
ret = keyio_init(); //到keyio_init
if(ret<0){
goto fail_keyinit;
}
return 0;
fail_keyinit:
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit imx6uirq_exit(void)
{
unsigned int i = 0;
/* 删除定时器 */
del_timer_sync(&imx6uirq.timer); /* 删除定时器 */
/* 释放中断 */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
free_irq(imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum, &imx6uirq);
gpio_free(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio);
}
cdev_del(&imx6uirq.cdev);
unregister_chrdev_region(imx6uirq.devid, IMX6UIRQ_CNT);
device_destroy(imx6uirq.class, imx6uirq.devid);
class_destroy(imx6uirq.class);
}
module_init(imx6uirq_init);
module_exit(imx6uirq_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("whz");