嵌入式学习笔记--嵌入式Linux内核定时器和中断
嵌入式Linux内核定时器和中断
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一、内核定时器
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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
struct timer_list {
struct list_head entry;
unsigned long expires;/* 定时器超时时间(jiffies)，单位是节拍数...比如我们现在需要定义一个周期为 2 秒的定时
器，那么这个定时器的超时时间就是 jiffies+(2*HZ)，因此 expires=jiffies+(2*HZ)。 */
struct tvec_base *base;
void (*function)(unsigned long);/* 定时处理函数 */
unsigned long data;/* 要传递给 function 函数的参数 */
int slack;
.
.
.
};
//实例化一个定时器
struct timer_list my_timer;
//和定时器相关的API
void init_timer(struct timer_list *timer);
void add_timer(struct timer_list *timer);//向 Linux 内核添加、注册定时器
int del_timer(struct timer_list * timer);//删除定时器
int del_timer_sync(struct timer_list *timer);//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
int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires);//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！
内核定时器使用流程
struct timer_list timer; /* 定义定时器 */
/* 定时器回调函数 */
void function(unsigned long arg)
{
/*
* 定时器处理代码
*/
/* 如果需要定时器周期性运行的话就使用 mod_timer
* 函数重新设置超时值并且启动定时器。
*/
mod_timer(&dev->timertest, jiffies + msecs_to_jiffies(2000));
}
/* 初始化函数 */
void init(void)
{
init_timer(&timer); /* 初始化定时器 */
timer.function = function; /* 设置定时处理函数 */
timer.expires=jffies + msecs_to_jiffies(2000);/* 超时时间 2 秒 */
timer.data = (unsigned long)&dev; /* 将设备结构体作为参数 */
add_timer(&timer); /* 启动定时器 */
}
/* 退出函数 */
void exit(void)
{
del_timer(&timer); /* 删除定时器 */
/* 或者使用 */
del_timer_sync(&timer);
}
Linux内核短延时函数
void ndelay(unsigned long nsecs);
void udelay(unsigned long usecs);
void mdelay(unsigned long mseces);
/*以上三个函数实现原理本质上是忙等待，根据cpu频率进行一定次数的循环。
毫秒级延时对于内核讲已经很大了，不推荐直接使用mdelay（），对于毫秒级以上的延时，内核提供下述函数：*/
void msleep(unsigned int millisecs);
void ssleep(unsigned int millisecs);
unsigned long msleep(unsigned int millisecs);
/*上述函数会使调用该函数的进程睡眠，睡眠时间为millisecs，msleep（）,ssleep（）不能被打断。msleep_interruptible()可以被打断/
/*睡着延时，他会使进程睡眠，让出cpu资源。schedule_timeout();*/
sleep_on_timeout(wait_queue_head_t *q,unsigned long timeout);
interruptible_sleep_on_timeout(wait_queue_head_t *q,unsigned long timeout);
/*上述两个函数可将进程添加到等待队列，从而在等待队列上休眠，时间到了以后，进程将被唤醒*/
二、中断
Linux中断API函数
//1.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，
int request_irq(unsigned int irq,irq_handler_t handler,unsigned long flags,const char *name,void *dev);
/*
irq：要申请中断的中断号。
handler：中断处理函数，当中断发生以后就会执行此中断处理函数。
flags：中断标志，可以在文件 include/linux/interrupt.h 里面查看所有的中断标志，
name：中断名字，设置以后可以在/proc/interrupts 文件中看到对应的中断名字。
dev： 如果将 flags 设置为 IRQF_SHARED 的话， dev 用来区分不同的中断，一般情况下将dev 设置为设备结构体， dev 会传递给中断处理函数 irq_handler_t 的第二个参数
*/
//2.void free_irq(unsigned int irq,void *dev);
/*
irq： 要释放的中断。
dev：如果中断设置为共享(IRQF_SHARED)的话，此参数用来区分具体的中断。共享中断只有在释放最后中断处理函数的时候才会被禁止掉。
*/
//3.
irqreturn_t (*irq_handler_t) (int, void *);
enum irqreturn {
IRQ_NONE = (0 << 0),
IRQ_HANDLED = (1 << 0),
IRQ_WAKE_THREAD = (1 << 1),
};
typedef enum irqreturn irqreturn_t;
//可以看出 irqreturn_t 是个枚举类型，一共有三种返回值。一般中断服务函数返回值使用如下形式：
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
//4.中断使能与禁止函数
void enable_irq(unsigned int irq);
void disable_irq(unsigned int irq);
/*
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。
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*/
中断上半部与下半部
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。
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。
使用：
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。
下半部实现的四种方式
tasklet、工作队列、软中断、threaded_irq…后续整理四者的特点
软中断的使用
struct softirq_action
{
void (*action)(struct softirq_action *);
};
//1.注册
void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action *));//nr：要开启的软中断，action：软中断对应的处理函数。
//2.触发
void raise_softirq(unsigned int nr);
tasklet的使用
struct tasklet_struct
{
struct tasklet_struct *next; /* 下一个 tasklet */
unsigned long state; /* tasklet 状态 */
atomic_t count; /* 计数器，记录对 tasklet 的引用数 */
void (*func)(unsigned long); /* tasklet 执行的函数 */
unsigned long data; /* 函数 func 的参数 */
};
//1.
struct tasklet_struct tasklet;
//2.初始化
void tasklet_init(struct tasklet_struct *t.void (*func)(unsigned long),unsigned long data);//data： 要传递给 func 函数的参数
/*
也 可 以 使 用 宏 DECLARE_TASKLET 来 一 次 性 完 成 tasklet 的 定 义 和 初 始 化 ，DECLARE_TASKLET 定义在 include/linux/interrupt.h 文件中，定义如下:
*/
DECLARE_TASKLET(name, func, data);
/*
其中 name 为要定义的 tasklet 名字，这个名字就是一个 tasklet_struct 类型的时候变量， func就是 tasklet 的处理函数， data 是传递给 func 函数的参数。
*/
//3.在上半部，也就是中断处理函数中调用 tasklet_schedule 函数就能使 tasklet 在合适的时间运行， tasklet_schedule 函数原型如下：
void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t);
//用例：
/* 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);
......
}
工作队列的使用
struct work_struct {
atomic_long_t data;
struct list_head entry;
work_func_t func; /* 工作队列处理函数 */
};
//使用 INIT_WORK 宏来初始化工作， INIT_WORK 宏定义如下：
#define INIT_WORK(_work, _func)
/*_work 表示要初始化的工作， _func 是工作对应的处理函数。
也可以使用 DECLARE_WORK 宏一次性完成工作的创建和初始化，宏定义如下：
*/
#define DECLARE_WORK(n, f)
/*n 表示定义的工作(work_struct)， f 表示工作对应的处理函数。
和 tasklet 一样，工作也是需要调度才能运行的，工作的调度函数为 schedule_work，函数原
型如下所示：*/
bool schedule_work(struct work_struct *work)
//函数参数和返回值含义如下：work： 要调度的工作
*/
//用例
/* 01.定义工作(work) */
struct work_struct testwork;
/* work 处理函数 */
void testwork_func_t(struct work_struct *work);
{
/* work 具体处理内容 */
}
/* 中断处理函数 */
irqreturn_t test_handler(int irq, void *dev_id)
{
......
/* 03.调度 work */
schedule_work(&testwork);
......
}
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxxx_init(void)
{
......
/* 02.初始化 work */
INIT_WORK(&testwork, testwork_func_t);
/* 注册中断处理函数 */
request_irq(xxx_irq, test_handler, 0, "xxx", &xxx_dev);
......
}
按键中断例程
设备树添加：
gpio_key {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "atkalpha-key";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_key>;
key-gpio = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>; /* KEY0 */
interrupt-parent = <&gpio1>;
interrupts = <18 IRQ_TYPE_EDGE_BOTH>; /* FALLING RISING */
status = "okay";
};
key_drv_int.c
#include key_app.c
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
/* 定义按键值 */
#define KEYVALUE 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) {
ret = read(fd, &keyvalue, sizeof(keyvalue));
if (ret < 0) {
}else{
if(keyvalue)
printf("key value = %#X\r\n",keyvalue);
}
}
ret= close(fd); /* 关闭文件 */
if(ret < 0){
printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
return -1;
}
return 0;
}