Linux下等待队列、定时器、中断综合应用—

Linux下等待队列、定时器、中断综合应用——按键控制LED

本文通过按键控制LED的亮灭，按键每按一次，LED的状态就发生一次变化。
等待队列是为了在按键有动作发生时再读取按键值，而不是一直读取按键的值，使得CPU的占用率很高。
定时器在本实验中引入是为了按键消抖，在键值稳定了之后再通过内核读出键值到用户端，用户端得知键值之后再将键值写入LED，LED根据写入的值就会有相应的亮或灭状态。
之前按键的实验就是通过按键按下或者松开给按键对应的GPIO赋值，本例中的按键是通过中断来实现的，按键每次有动作就会触发中断，然后在中断里完成按键值的翻转。
本文的LED驱动代码就是文章Linux下设备树、pinctrl和gpio子系统、LED灯驱动实验中使用的代码。
按键驱动代码中使用了中断，简单介绍一下和中断有关的概念和函数。
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，在Linux内核中使用一个int变量表示中断号。
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，request_irq 函数原型如下。

int request_irq(unsigned int irq,irq_handler_t handler,unsigned long flags,const char *name,void *dev)

irq：要申请的中断号。
handler：中断处理函数，当中断发生时，执行该函数。
flags：中断标志，常用的有以下几个。
在这里插入图片描述
name：中断名字，设置后在/proc/interrupts目录下可以查看。
dev：如果flags设置为IRQF_SHARED，dev用来区分不同的中断，一般情况下，dev设置为设备结构体，它会传给中断处理函数irq_handler_t第二个参数。
free_irq函数用于释放掉相应的中断，其原型如下。

void free_irq(unsigned int irq,void *dev)

int：要释放的中断号。
dev：如果flags设置为IRQF_SHARED，dev用来区分不同的中断。
使用request_irq函数申请中断的时候需要设置中断处理函数，中断处理函数的原型如下。

irqreturn_t (*irq_handler_t) (int, void *)

第一个参数是中断号。第二个参数是一个指向void 的指针，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。

enum irqreturn {IRQ_NONE = (0 << 0),IRQ_HANDLED = (1 << 0),IRQ_WAKE_THREAD = (1 << 1),
};typedef enum irqreturn irqreturn_t;

一般中断服务函数返回值使用如下形式。

return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED)

按键的驱动代码如下。

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_irq.h> 
#include <linux/wait.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/timer.h>#define KEY_CNT			    1		 /* 设备号个数 */
#define KEY_NAME		"gpio_key"	/* 名字 */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*/int irq;
int value = 0;
int wq_flags = 0;  //标志位
int key_count = 0;
static void timer_function(unsigned long data);
DEFINE_TIMER(key_timer,timer_function,0,0); //静态定义结构体变量并且初始化function，expires，data成员
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(key_wq);   // 定义并初始化等待队列头static void timer_function(unsigned long data)
{++key_count;printk("key trigger count: %d\r\n",key_count);
}static ssize_t key_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{wait_event_interruptible(key_wq,wq_flags);   //等待按键触发if(copy_to_user(buf,&value,sizeof(value))!=0){printk("copy_to_user error!\n");return -1;}wq_flags = 0;return 0;
}static struct file_operations key_fops = {.owner = THIS_MODULE,.read = key_read
};irqreturn_t key_led(int irq, void *args)
{mod_timer(&key_timer,jiffies + msecs_to_jiffies(10));value = !value;printk("key_value = %d\n", value);wq_flags = 1;  //这里只有先置1，下面的函数才能唤醒wake_up(&key_wq);  //唤醒return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}const struct of_device_id of_match_table_key[] = {{.compatible = "gpio_bus_key"},        //与设备树中的compatible属性匹配{}
};struct platform_driver dts_device = {    .driver = {.owner = THIS_MODULE,.name = "keygpio",.of_match_table = of_match_table_key}
};static int __init gpio_key_init(void)
{int ret;nd = of_find_node_by_path("/key");if (nd == NULL) return -EINVAL;printk("Find node key!\n");key_gpio = of_get_named_gpio(nd,"key-gpio",0);if (key_gpio < 0) {printk("of_get_named_gpio failed!\r\n");return -EINVAL;}printk("key_gpio = %d\r\n", key_gpio);gpio_request(key_gpio,KEY_NAME);	    //申请gpiogpio_direction_input(key_gpio);   	//将gpio设置为输入/*获得gpio中断号*///irq = gpio_to_irq(gpio_num); irq = irq_of_parse_and_map(nd,0); //与上面这句代码的作用相同printk("irq = %d\r\n", irq);/*申请中断*/ret = request_irq(irq,key_led,IRQF_TRIGGER_RISING,"key_led_test", NULL); if(ret < 0){printk("request_irq error!\n");return -1;}if (major){		devid = MKDEV(major, 0);register_chrdev_region(devid, KEY_CNT, KEY_NAME);}else {						alloc_chrdev_region(&devid,0,KEY_CNT,KEY_NAME);	//申请设备号major = MAJOR(devid);	   //获取分配号的主设备号 minor = MINOR(devid);	}printk("gpiokey major=%d,minor=%d\r\n",major,minor);	cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&cdev, &key_fops);cdev_add(&cdev, devid, KEY_CNT);class = class_create(THIS_MODULE, KEY_NAME);if (IS_ERR(class))return PTR_ERR(class);device = device_create(class,NULL,devid,NULL,KEY_NAME);if (IS_ERR(device))return PTR_ERR(device);platform_driver_register(&dts_device); return 0;
}static void __exit gpio_key_exit(void)
{gpio_free(key_gpio);cdev_del(&cdev);unregister_chrdev_region(devid,KEY_CNT); device_destroy(class, devid);class_destroy(class);free_irq(irq,NULL);del_timer(&key_timer);platform_driver_unregister(&dts_device);printk("driver exit!\n");
}module_init(gpio_key_init);
module_exit(gpio_key_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

测试代码如下。

#include <stdio.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>int main(int argc, char *argv[])
{int fd_r,fd_w;char value[1];fd_r = open("/dev/gpio_key",O_RDWR);fd_w = open("/dev/gpioled",O_RDWR); if(fd_r < 0){perror("open key error\n"); return fd_r;}if(fd_w < 0){perror("open led error\n"); return fd_w;}while(1){read(fd_r,value,sizeof(value));write(fd_w,value,sizeof(value));}return 0;
}

测试代码完成的工作就是从按键的内核中读取键值到用户端，然后将读取到的键值写入到LED的内核中。
通过上面的代码编译出LED的驱动和按键的驱动，然后用交叉编译器编译测试文件生成一个可执行文件，将这三个文件发送到开发板进行验证。
在这里插入图片描述
通过实验结果可知，LED的亮灭是配合按键的动作的。
本文参考文档：
I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.5——正点原子