Linux設備驅動——中斷、并發(fā)請求及周期性事件處理

1、123 3Linux內(nèi)核中斷處理Linux內(nèi)核異步數(shù)據(jù)處理_kfifoLinux內(nèi)核并發(fā)與同步機制Linux下延時與內(nèi)核定時器4 4Linux內(nèi)核中斷處理Linux內(nèi)核異步數(shù)據(jù)處理_kfifoLinux內(nèi)核并發(fā)與同步機制Linux下延時與內(nèi)核定時器5 5 LinuxLinux操作系統(tǒng)下同裸機程序一樣，需要利用中斷操作系統(tǒng)下同裸機程序一樣，需要利用中斷機制來處理硬件的異步事件，但用戶態(tài)不允許中斷事機制來處理硬件的異步事件，但用戶態(tài)不允許中斷事件，因此中斷必須由設備驅動程序來接收與處理件，因此中斷必須由設備驅動程序來接收與處理 同裸機一樣，同裸機一樣，linuxlinux下的中斷分為兩種：下的中斷

2、分為兩種：irqirq、fiqfiq fiq fiq又稱快速中斷，在此期間機器的其他部分被鎖又稱快速中斷，在此期間機器的其他部分被鎖定，不會響應其它任何中斷定，不會響應其它任何中斷 irq irq又稱慢速中斷，處理需要較長的時間，在此期又稱慢速中斷，處理需要較長的時間，在此期間可能發(fā)生其它更高等級的中斷間可能發(fā)生其它更高等級的中斷 如果如果CPUCPU接收到一個中斷，它會停止一切工作，調(diào)接收到一個中斷，它會停止一切工作，調(diào)用中斷處理函數(shù)，此時進程調(diào)度也會停止，所以就要用中斷處理函數(shù)，此時進程調(diào)度也會停止，所以就要求我們的中斷處理一定要快求我們的中斷處理一定要快6 6#include /內(nèi)核中使

3、用中斷需添加此文件內(nèi)核中使用中斷需添加此文件/ 申請中斷申請中斷int request_irq(unsigned int irq, void(*handler)(int,void*,struct pt_regs*), unsigned long irqflag, const char *devname, void *dev_id);參數(shù)參數(shù)1：中斷號，所申請的中斷向量，比如：中斷號，所申請的中斷向量，比如EXIT0、uart中斷等中斷等參數(shù)參數(shù)2：中斷服務程序：中斷服務程序參數(shù)參數(shù)3：中斷屬性設置：中斷屬性設置/ SA_INTERRUPT, 快速中斷，禁止其他中斷快速中斷，禁止其他中斷/ SA

4、_SHIRQ, 共享中斷共享中斷/ SA_SAMPLE_RANDOM, 中斷可能被用來產(chǎn)生隨機數(shù)中斷可能被用來產(chǎn)生隨機數(shù)/ dev_id: 在共享中斷時用于區(qū)分不同的中斷處理程序在共享中斷時用于區(qū)分不同的中斷處理程序參數(shù)參數(shù)4：中斷名字，：中斷名字，cat /proc/interrupts 可察看系統(tǒng)中斷申請與使用情況可察看系統(tǒng)中斷申請與使用情況參數(shù)參數(shù)5：中斷參數(shù)，作為共享中斷時的中斷區(qū)別參數(shù)：中斷參數(shù)，作為共享中斷時的中斷區(qū)別參數(shù)7 7/ 釋放中斷釋放中斷void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);參數(shù)參數(shù)1：所要清除中斷服務程序的中斷號：所

5、要清除中斷服務程序的中斷號參數(shù)參數(shù)2：中斷參數(shù)，同申請時的值一致：中斷參數(shù)，同申請時的值一致/ 使能中斷使能中斷void enable_irq(unsigned int irq);/ 禁止中斷禁止中斷void disable_irq(unsigned int irq);參數(shù)：中斷號參數(shù)：中斷號8 8#include / S3C2410使能使能GPIO的外部中斷功能的外部中斷功能int set_external_irq(int irq, int edge, int pullup);/ 參數(shù)參數(shù)1：中斷號：中斷號/ 參數(shù)參數(shù)2:外部中斷觸發(fā)方式外部中斷觸發(fā)方式/ EXT_LOWLEVEL,/ EX

6、T_HIGHLEVEL,/ EXT_FALLING_EDGE,/ EXT_RISING_EDGE,/ EXT_BOTH_EDGES/ 參數(shù)參數(shù)3：上拉是否使能：上拉是否使能 0:使能使能 1：禁止：禁止9 9/ 示例示例/ 中斷處理程序中斷處理程序void handler(int irq,void *dev_id,struct pt_regs *regs) / 中斷處理中斷處理參數(shù)參數(shù)1：中斷號，在不同中斷共用一個中斷服務程序時區(qū)分各中斷：中斷號，在不同中斷共用一個中斷服務程序時區(qū)分各中斷參數(shù)參數(shù)2：中斷參數(shù)，不同設備分享同一中斷時，區(qū)分中斷來源：中斷參數(shù)，不同設備分享同一中斷時，區(qū)分中斷來源

7、參數(shù)參數(shù)3：發(fā)生中斷時寄存器上保存的值傳遞給：發(fā)生中斷時寄存器上保存的值傳遞給regs，通常不使用本參數(shù)，通常不使用本參數(shù)/ 在初始化時申請并初始化中斷在初始化時申請并初始化中斷set_external_irq(IRQ_EINT0, EXT_FALLING_EDGE, 0);request_irq(IRQ_EINT0,handler,SA_INTERRUPT,KEY,NULL);1010驅動程序對上層提供的read/write方法并不直接完成硬件的數(shù)據(jù)操作中斷處理程序相對獨立read/write方法與中斷 通過緩沖區(qū)交換數(shù)據(jù)1111Linux內(nèi)核中斷處理Linux內(nèi)核異步數(shù)據(jù)處理_kfifoL

8、inux內(nèi)核并發(fā)與同步機制Linux下延時與內(nèi)核定時器1212 在驅動編程中，經(jīng)常會遇到異步數(shù)據(jù)處理的情況，比如采用中斷或定時器處理數(shù)據(jù)輸入輸出等情況 此時數(shù)據(jù)的采集與處理往往不同步，于是驅動編程中數(shù)據(jù)采集方需要將采集的數(shù)據(jù)暫時放到一個緩沖區(qū)中，使用方在需要處理數(shù)據(jù)時從緩沖區(qū)中將數(shù)據(jù)讀出 驅動編程中常采用隊列這種數(shù)據(jù)結構來實現(xiàn)整個過程，我們可以選擇自己編寫一個隊列，也可以利用內(nèi)核中現(xiàn)有隊列kfifo來實現(xiàn)1313#include #include /為防止多個程序同時訪問該隊列，需要定義一個自旋為防止多個程序同時訪問該隊列，需要定義一個自旋鎖，該鎖由鎖，該鎖由kfifokfifo維護，我們只需

9、要定義它即可維護，我們只需要定義它即可static spinlock_tstatic spinlock_t buffer_lock=SPIN_LOCK_UNLOCKED; buffer_lock=SPIN_LOCK_UNLOCKED;/ / 定義一個定義一個kfifokfifo指針指針static struct kfifostatic struct kfifo * *buffer;buffer;/ / 使用使用kfifo_allockfifo_alloc創(chuàng)建一個創(chuàng)建一個BUFFER_SIZEBUFFER_SIZE大小的大小的fifo, fifo, 所有空間由所有空間由kfifokfifo自動分

10、配自動分配#define#define BUFFER_SIZE BUFFER_SIZE256256buffer = kfifo_alloc(BUFFER_SIZE,GFP_KERNEL,buffer = kfifo_alloc(BUFFER_SIZE,GFP_KERNEL, &buffer_lock); &buffer_lock);1414/ / 使用使用kfifo_putkfifo_put將數(shù)據(jù)放入將數(shù)據(jù)放入kfifokfifo內(nèi)內(nèi)kfifo_put(buffer, &key, sizeof(key);kfifo_put(buffer, &key, sizeo

11、f(key);/ / 使用使用kfifo_lenkfifo_len檢查檢查fifofifo內(nèi)的可用數(shù)據(jù)內(nèi)的可用數(shù)據(jù)/ / 使用使用kfifo_getkfifo_get從從fifofifo內(nèi)取出數(shù)據(jù)內(nèi)取出數(shù)據(jù)if(kfifo_len(buffer) = sizeof(key)if(kfifo_len(buffer) = sizeof(key)kfifo_get(buffer, &key, sizeof(key);kfifo_get(buffer, &key, sizeof(key);/釋放創(chuàng)建的釋放創(chuàng)建的FIFOFIFOkfifo_free(buffer);kfifo_free(

12、buffer);1515Linux內(nèi)核中斷處理Linux內(nèi)核異步數(shù)據(jù)處理_kfifoLinux內(nèi)核并發(fā)與同步機制Linux下延時與內(nèi)核定時器1616 中斷處理、多任務環(huán)境、多處理器（SMP）是現(xiàn)代操作系統(tǒng)的特征 當多個進程、線程或中斷、正常用戶程序同時訪問同一個資源，可能導致錯誤 因此內(nèi)核需要提供并發(fā)控制機制，對公共資源的訪問進行同步控制，確保共享資源的安全訪問 linux中包含了眾多的同步機制，包括信號量、自旋鎖、原子操作、讀寫鎖等1717 自旋鎖自旋鎖是一種輕量級的多處理器間的同步機制 它是一種忙等待機制，它要求持有鎖的進程或應用程序所占用的時間盡可能短，因為此時別的進程或 應用程序正在高

13、速運轉并等待鎖的釋放，所以不能長時間占有 信號量信號量是一種睡眠鎖，如果有一個任務試圖獲得一個已經(jīng)被占用的信號量時，信號量會將其推進一個等待隊列，然后讓其睡眠。當持有信號量的進程將信號量釋放后，處于等待隊列中的那個任務將被喚醒，并獲得該信號量。這就比自旋鎖提供更好的處理器利用率，因為把時間花費在忙等待上，但是，信號量比自旋鎖有更大的開銷。1818中。中。/定義自旋鎖，在編譯時對自旋鎖的初始化：定義自旋鎖，在編譯時對自旋鎖的初始化：spinlock_tspinlock_t my_lock=SPIN_LOCK_UNLOCKED; my_lock=SPIN_LOCK_UNLOCKED;/在使用中初始

14、化自旋鎖在使用中初始化自旋鎖voidvoid spin_lock_init( spin_lock_init(spinlock_tspinlock_t * *lock); lock); /獲得自旋鎖，進入臨界區(qū)，自旋鎖忙則自旋等待：獲得自旋鎖，進入臨界區(qū)，自旋鎖忙則自旋等待：spin_lock(&my_lock);spin_lock(&my_lock);/嘗試獲得自旋鎖，成功返回真，失敗則返回假嘗試獲得自旋鎖，成功返回真，失敗則返回假intint spin_trylock (spinlock_t spin_trylock (spinlock_t * *lock); lock);

15、/ /釋放自旋鎖，退出臨界區(qū)釋放自旋鎖，退出臨界區(qū)spin_unlock(&my_lock);spin_unlock(&my_lock);1919/ / 使用信號量控制并發(fā)請求使用信號量控制并發(fā)請求#include#include / / 定義信號量變量定義信號量變量struct struct semaphore bufflock;semaphore bufflock;/ / 初始化信號量初始化信號量void void sema_init(sema_init(struct struct semaphore semaphore * *sem, sem, intint););/ /

16、 獲取（等待）信號量，不能被打斷，會導致調(diào)用者睡眠獲取（等待）信號量，不能被打斷，會導致調(diào)用者睡眠void void down(down(struct struct semaphore semaphore * *sem);sem);/ / 獲?。ǖ却┬盘柫浚杀黄渌盘柎驍啵┇@?。ǖ却┬盘柫浚杀黄渌盘柎驍啵﹊nt int down_interruptible(down_interruptible(struct struct semaphore semaphore * *sem);sem);/嘗試獲得信號量，如過可獲得，他就獲得信號量并返回嘗試獲得信號量，如過可獲得，他就獲得信號量并返回

17、0 0，否則，否則返回非返回非0 0，不會導致調(diào)用者睡眠，不會導致調(diào)用者睡眠int int down_down_trylock(trylock(struct struct semaphore semaphore * *sem);sem);/ / 釋放信號量，即使信號量加釋放信號量，即使信號量加1 1void void up(up(struct struct semaphore semaphore * *sem);sem);2020Linux內(nèi)核中斷處理Linux內(nèi)核異步數(shù)據(jù)處理_kfifoLinux內(nèi)核并發(fā)與同步機制Linux下延時與內(nèi)核定時器2121 在驅動編程中經(jīng)常會用到一些延時函數(shù)或內(nèi)在

18、驅動編程中經(jīng)常會用到一些延時函數(shù)或內(nèi)核定時器來處理周期性事件核定時器來處理周期性事件 內(nèi)核中的短延時常用以下函數(shù)：內(nèi)核中的短延時常用以下函數(shù)： ndelay(n) /納秒級延時納秒級延時 udelay(n) /微秒級延時微秒級延時 mdelay(n) /毫秒級延時毫秒級延時 這三個延時函數(shù)輸入忙等待，一般不太長的這三個延時函數(shù)輸入忙等待，一般不太長的時間可以用它時間可以用它2222 內(nèi)核中有一個非常重要的全局變量：jiffies 它是一個無符號32位整數(shù)，用來記錄自內(nèi)核上一次啟動以來的時鐘滴答數(shù) 在不同的平臺中，此時鐘滴答不一樣，在ARM平臺，一般為1/100s 我們可以利用此函數(shù)做一些延時操

19、作，例如系統(tǒng)中給出了以下幾個時間比較宏 #define time_after(a,b) /a是否在b之后 #define time_before(a,b) /a是否在b之前 #define time_after_eq(a,b) /a是否在b之后或等于b #define time_after_eq(a,b) /a是否在b之前或等于b2323/ 使用定時器處理周期性事件使用定時器處理周期性事件#include / 定義定時器定義定時器struct timer_lists /內(nèi)核原型內(nèi)核原型 struct list_head list; /用來形成鏈表用來形成鏈表,由內(nèi)核管理，申請一個定時器，自動加

20、入鏈表由內(nèi)核管理，申請一個定時器，自動加入鏈表 unsigned long expires; /定時器到期時間（指定一個時刻，而不是時間周期）：定時器到期時間（指定一個時刻，而不是時間周期）： jiffies,HZ unsigned long data; / 作為參數(shù)被傳入定時器處理函數(shù)作為參數(shù)被傳入定時器處理函數(shù) void (*function)(unsigned long); / 定時器處理函數(shù)定時器處理函數(shù);2424/ / 初始化定時器初始化定時器 把鏈表前后置空把鏈表前后置空void void init_timer(init_timer(struct struct timer_list

21、 timer_list * *timer);timer);/ / 添加定時器添加定時器 ，加入鏈表。開始起作用，加入鏈表。開始起作用void void add_timer(add_timer(struct struct timer_list timer_list * * timer); timer);/ / 刪除定時器刪除定時器int int del_timer(del_timer(struct struct timer_list timer_list * * timer); timer);void void timerHandler(timerHandler(unsigned long un

22、signed long data)data) / /data: data: 定時器參數(shù)定時器參數(shù) 2525/ / 定時器示例定時器示例struct struct timer_list myTimer; timer_list myTimer; init_timer(&myTimer);init_timer(&myTimer);myTimer.expires = jiffies + myTimer.expires = jiffies + 3 3 * * HZ; HZ;myTimer.data = myTimer.data = 0L0L; ;myTimer.function = ti

23、merHandler;myTimer.function = timerHandler;add_timer(&myTimer);add_timer(&myTimer);/ / 定時器處理函數(shù)定時器處理函數(shù)void void timerHandler(timerHandler(unsigned long unsigned long data)data) / / 如需重復執(zhí)行如需重復執(zhí)行, , 需要重新初始化并啟動定時器需要重新初始化并啟動定時器 myTimer.expires = jiffies + myTimer.expires = jiffies + 3 3 * * HZ; HZ; add_timer(&myTimer); add_timer(&myTimer); 2626/ / 使用內(nèi)核線程處理周期性事件使用內(nèi)核線程處理周期性事件#include#include / / 創(chuàng)建內(nèi)核線程（實際上是進程占用調(diào)度器，占用較多創(chuàng)建內(nèi)核線程（實際上是進程占用調(diào)度器，占用較多的資源）