linux 驱动——原子操作
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- linux驱动——原子操作
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- 原子操作 API
- 原子位操作 API
- 原子操作驱动
- 原子操作 APP
linux驱动——原子操作
原子操作 API
Linux 内核定义了叫做 atomic_t 的结构体来完成整型数据的原操作，在使用是使用原子变量来代替整型变量。此结构体定义在 include/linux/types.h 文件中，定义如下：
typedef struct {
int counter;
}atomic_t;
如果要使用原子操作 API 函数，需要首先定义一个 atomic_t 的变量，如下所示：
atomic_t value; /* 定义一个原子变量 value */
也可以在定义原子变量的时候给原子变量赋初值，如下所示
atomic_t value = ATOMIC_INIT(0) /* 定义原子变量 value 并赋初值为 0*/
Linux 内核提供的原子变量操作的 API 如下：
| 函数 | 描述 |
|---|---|
| ATOMIC_INIT(int i) | 定义原子变量的时候初始化 |
| int atomic_read(atomic_t *v) | 读取原子变量 v 的值，并且返回 |
| void atomic_set(atomic_t *v, int i) | 向 v 写入 i 值 |
| void atomic_add(int i, atomic_t *v) | 给 v 加上 i 值 |
| void atomic_sub(int i, atomic_t *v) | 给 v 减去 i 值 |
| void atomic_inc(atomic_t *v) | 自增 |
| void atomic_dec(atomic_t *v) | 自减 |
| int atomic_dec_return(atomic_t *v) | 自减，并返回 v 的值 |
| int atomic_inc_return(atomic_t *v) | 自增，并返回 v 的值 |
| int atomic_sub_and_test(int i, atomic_t *v) | 从 v 减 i，如果结果为 0 就返回真，否则返回假 |
| int atomic_dec_and_test(atomic_t *v) | 从 v 减 1，如果结果为 0 就返回真，否则返回假 |
| int atomic_inc_and_test(atomic_t *v) | 给 v 加 1，如果结果为 0 就返回真，否则返回假 |
| int atomic_inc_and_test(atomic_t *v) | 给 v 加 1，如果结果为 0 就返回真，否则返回假 |
| int atomic_add_negative(int i, atomic_t *v) | 给 v 加 i，如果结果为负就返回真，否则返回假 |
如果使用 64 位的 SOC 的话，就要用到 64 位的原子变量，Linux 内核也定义了 64 位原子结构体，如下所示：
#ifdef CONFIG_64BIT
typedef struct {
s64 counter;
} atomic64_t;
#endif
typedef __s64 s64;
__extension__ typedef __signed__ long long __s64;
相应的也提供了 64 位原子变量的操作 API 函数，和上表用法一样，只是将 atomic_ 前缀换为 atomic64_ 将 int 换为 long long。如果使用的是 64 位的 SOC，那么就要使用 64 位的原子操作函数。
原子变量使用示例如下：
atomic_t v = ATOMIC_INIT(0); /* 定义并初始化原子变量 v = 0 */
atomic_set(&v, 10); /* 设置 v = 10 */
atomic_read(&v); /* 读取 v 的值，肯定是 10 */
atomic_inc(&v); /* v 的值加 1，v = 11 */
原子位操作 API
位操作也是很常用的操作，Linux 内核也提供了一系列的原子位操作 API 函数，只不过原子位操作不像原子整形变量那样有个 atomic_t 的数据结构，原子位操作是直接对内存进行操作，API 函数下所示：
| 函数 | 描述 |
|---|---|
| void set_bit(int nr, void *p) | 将 p 地址的第 nr 位置 1 |
| void clear_bit(int nr,void *p) | 将 p 地址的第 nr 位清零 |
| void change_bit(int nr, void *p) | 将 p 地址的第 nr 位进行翻转 |
| int test_bit(int nr, void *p) | 获取 p 地址的第 nr 位的值 |
| int test_and_set_bit(int nr, void *p) | 将 p 地址的第 nr 位置 1，并且返回 nr 位原来的值 |
| int test_and_clear_bit(int nr, void *p) | 将 p 地址的第 nr 位清零，并且返回 nr 位原来的值 |
| int test_and_change_bit(int nr, void *p) | 将 p 地址的第 nr 位翻转，并且返回 nr 位原来的值 |
原子操作驱动
#include "linux/device/class.h"
#include "linux/export.h"
#include "linux/uaccess.h"
#include 原子操作 APP
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
static char usrdata[] = { "user data!" };
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd, retvalue;
char *filename;
unsigned char run_cnt = 0;
char readbuf[100], writebuf[100];
if (argc != 3) {
printf("u: error Usage!\r\n");
return -1;
}
filename = argv[1];
/* 打开驱动文件 */
fd = open(filename, O_RDWR);
if (fd < 0) {
printf("u: can't open file %s\r\n", filename);
return -1;
}
/* 从驱动文件读取数据 */
if (atoi(argv[2]) == 1) {
retvalue = read(fd, readbuf, 50);
if (retvalue < 0) {
printf("u: read file %s failed!\r\n", filename);
} else {
/* 读取成功，打印出读取成功的数据 */
printf("u: read data:%s\r\n", readbuf);
}
}
/* 模拟占用驱动 25s，此时另一个线程去打开驱动 */
while (1) {
sleep(5);
run_cnt++;
if (run_cnt >= 5)
break;
}
/* 向设备驱动写数据 */
if (atoi(argv[2]) == 2) {
memcpy(writebuf, usrdata, sizeof(usrdata));
retvalue = write(fd, writebuf, 50);
if (retvalue < 0) {
printf("u: write file %s failed!\r\n", filename);
}
}
/* 关闭设备 */
retvalue = close(fd);
if (retvalue < 0) {
printf("u: can't close file %s\r\n", filename);
return -1;
}
return 0;
}
模块安装
modprobe my_module
模块运行
/lib/modules/6.5.7+/my_app /dev/chrdev_atom 1 &
/lib/modules/6.5.7+/my_app /dev/chrdev_atom 1 &
结果
~ # /lib/modules/6.5.7+/my_app /dev/chrdev_atom 1 &
~ # k: chrdevbase open
k: chrdevbase read
k: read data success
u: read data:kernel data this tyustli test
~ # /lib/modules/6.5.7+/my_app /dev/chrdev_atom 1 &
~ # u: can't open file /dev/chrdev_atom
[2]+ Done(255) /lib/modules/6.5.7+/my_app /dev/chrdev_atom 1
~ # k: chrdevbase release
[1]+ Done /lib/modules/6.5.7+/my_app /dev/chrdev_atom 1