Linux設備驅(qū)動-中斷、并發(fā)請求及周期性事件處理

1Linux設備驅(qū)動設計中斷、并發(fā)請求及周期性事件處理2大綱Linux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3大綱Linux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4Linux內(nèi)核中斷處理

Linux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)不允許中斷事件，因此中斷必須由設備驅(qū)動程序來接收與處理同裸機一樣，linux下的中斷分為兩種：irq、fiq

fiq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

irq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如果CPU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，所以就要求我們的中斷處理一定要快5Linux內(nèi)核中斷處理#include

<asm/irq.h>

//內(nèi)核中使用中斷需添加此文件//申請中斷intrequest_irq(unsignedintirq,

void(*handler)(int,void*,structpt_regs*),

unsignedlongirqflag,

constchar*devname,void*dev_id);參數(shù)1：中斷號，所申請的中斷向量，比如EXIT0、uart中斷等參數(shù)2：中斷服務程序參數(shù)3：中斷屬性設置//SA_INTERRUPT,

快速中斷，禁止其他中斷//SA_SHIRQ,

共享中斷//SA_SAMPLE_RANDOM,

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參數(shù)4：中斷名字，cat/proc/interrupts可察看系統(tǒng)中斷申請與使用情況參數(shù)5：中斷參數(shù)，作為共享中斷時的中斷區(qū)別參數(shù)6Linux內(nèi)核中斷處理//釋放中斷voidfree_irq(unsignedintirq,void*dev_id);參數(shù)1：所要清除中斷服務程序的中斷號參數(shù)2：中斷參數(shù)，同申請時的值一致//使能中斷voidenable_irq(unsignedintirq);//禁止中斷voiddisable_irq(unsignedintirq);參數(shù)：中斷號7Linux內(nèi)核中斷處理#include

<asm/irq.h>//S3C2410使能GPIO的外部中斷功能intset_external_irq(intirq,intedge,intpullup);//參數(shù)1：中斷號//參數(shù)2:外部中斷觸發(fā)方式//EXT_LOWLEVEL,//EXT_HIGHLEVEL,//EXT_FALLING_EDGE,//EXT_RISING_EDGE,//EXT_BOTH_EDGES//參數(shù)3：上拉是否使能0:使能1：禁止8Linux內(nèi)核中斷處理//示例//中斷處理程序voidhandler(intirq,void*dev_id,structpt_regs*regs){//中斷處理}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)分中斷來源參數(shù)3：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)//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);9驅(qū)動程序?qū)ι蠈犹峁┑膔ead/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)帶有中斷的驅(qū)動結構10大綱Linux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11Kfifo的使用

在驅(qū)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(qū)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(qū)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)12并發(fā)請求#include<linux/kfifo.h>//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kfifo維護，我們只需要定義它即可staticspinlock_tbuffer_lock=SPIN_LOCK_UNLOCKED;//定義一個kfifo指針staticstructkfifo*buffer;//使用kfifo_alloc創(chuàng)建一個BUFFER_SIZE大小的fifo,所有空間由kfifo自動分配#defineBUFFER_SIZE 256buffer=kfifo_alloc(BUFFER_SIZE,GFP_KERNEL,

&buffer_lock);13并發(fā)請求//使用kfifo_put將數(shù)據(jù)放入kfifo內(nèi)kfifo_put(buffer,&key,sizeof(key));//使用kfifo_len檢查fifo內(nèi)的可用數(shù)據(jù)//使用kfifo_get從fifo內(nèi)取出數(shù)據(jù)if(kfifo_len(buffer)>=sizeof(key))kfifo_get(buffer,&key,sizeof(key));//釋放創(chuàng)建的FIFOkfifo_free(buffer);14大綱Linux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15并發(fā)請求

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16并發(fā)請求

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速運轉(zhuǎn)并等待鎖的釋放，所以不能長時間占有

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。17并發(fā)請求<linux/spinlock.h>中。//定義自旋鎖，在編譯時對自旋鎖的初始化：spinlock_t

my_lock=SPIN_LOCK_UNLOCKED;//在使用中初始化自旋鎖void

spin_lock_init(spinlock_t*lock);//獲得自旋鎖，進入臨界區(qū)，自旋鎖忙則自旋等待：spin_lock(&my_lock);//嘗試獲得自旋鎖，成功返回真，失敗則返回假int

spin_trylock(spinlock_t*lock);//釋放自旋鎖，退出臨界區(qū)spin_unlock(&my_lock);18并發(fā)請求//使用信號量控制并發(fā)請求#include

<asm/semaphore.h>//定義信號量變量structsemaphorebufflock;//初始化信號量voidsema_init(structsemaphore*sem,int);//獲?。ǖ却┬盘柫浚荒鼙淮驍?，會導致調(diào)用者睡眠voiddown(structsemaphore*sem);//獲取（等待）信號量（可被其它信號打斷）intdown_interruptible(structsemaphore*sem);//嘗試獲得信號量，如過可獲得，他就獲得信號量并返回0，否則返回非0，不會導致調(diào)用者睡眠intdown_trylock(structsemaphore*sem);//釋放信號量，即使信號量加1voidup(structsemaphore*sem);19大綱Linux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20周期性事件處理在驅(qū)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

內(nèi)核中的短延時常用以下函數(shù)：

ndelay(n)//納秒級延時

udelay(n)//微秒級延時

mdelay(n)//毫秒級延時這三個延時函數(shù)輸入忙等待，一般不太長的時間可以用它21周期性事件處理內(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)做一些延時操作，例如系統(tǒng)中給出了以下幾個時間比較宏

#definetime_after(a,b)//a是否在b之后#definetime_before(a,b)//a是否在b之前#definetime_after_eq(a,b)//a是否在b之后或等于b#definetime_after_eq(a,b)//a是否在b之前或等于b22周期性事件處理//使用定時器處理周期性事件#include

<linux/timer.h>//定義定時器structtimer_lists//內(nèi)核原型{

structlist_headlist;

//用來形成鏈表,由內(nèi)核管理，申請一個定時器，自動加入鏈表

unsignedlongexpires;

//定時器到期時間（指定一個時刻，而不是時間周期）：

jiffies,HZ

unsignedlongdata;

//作為參數(shù)被傳入定時器處理函數(shù)

void(*function)(unsignedlong);

//定時器處理函數(shù)};23周期性事件處理//初始化定時器把鏈表前后置空voidinit_timer(structtimer_list*timer);//添加定時器，加入鏈表。開始起作用voidadd_timer(structtimer_list*timer);//刪除定時器intdel_timer(structtimer_list*timer);voidtimerHandler(unsignedlongdata){//data:定時器參數(shù)}24周期性事件處理//定時器示例structtimer_listmyTimer;

init_timer(&myTimer);myTimer.expires=jiffies+3*HZ;myTimer.data=0L;myTimer.function=timerHandler;add_timer(&myTimer);//定時器處理函數(shù)voidtimerHandler(unsignedlongdata){//如需重復執(zhí)行,需要重新初始化并啟動定時器myTimer.expires=jiffies+3*HZ;add_timer(&myTimer);}25周期性事件處理//使用內(nèi)核線程處