文章目录
- “tasklet”机制：
- 内核函数
- 定义 tasklet
- 使能/ 禁止 tasklet
- 调度 tasklet
- 删除 tasklet
- tasklet软中断方式的按键驱动程序(stm32mp157)
- tasklet使用方法：
- button_test.c
- gpio_key_drv.c
- Makefile
- 修改设备树文件
- 编译测试
“tasklet”机制：
阅读Linux 系统中异常与中断可知，Linux 系统对中断处理的演进过程中，实现了中断的扩展：硬件中断、软件中断
硬件中断有：GPIO，网络中断（net），系统滴答中断(tick)等
软件中断有：定时器，tasklet等
内核中的软中断：
该数组里面有个action成员，该成员是个函数，函数会调用链表里面每个tasklet结构体的软件中断处理函数，即下面链表的每个成员都是tasklet结构体，有对应的处理函数和flag标志位
如何触发软中断？——由软件决定，对于 X 号软件中断，只需要把它的 flag 设置为 1 就表示发生了该中断
内核函数
内核源码位置：include\linux\interrupt.h
定义 tasklet
使用结构体tasklet_struct 来表示一个tasklet
struct tasklet_struct
{
struct tasklet_struct *next;
unsigned long state;
atomic_t count;
void (*func)(unsigned long);
unsigned long data;
};
成员解释：
-
state 有 2 位：
- bit0 表示 TASKLET_STATE_SCHED
- 等于 1 时表示已经执行了 tasklet_schedule 把该 tasklet 放入队列了；tasklet_schedule 会判断该位，如果已经等于 1 那么它就不会再次把tasklet 放入队列。
- bit1 表示 TASKLET_STATE_RUN
- 等于 1 时，表示正在运行 tasklet 中的 func 函数；函数执行完后内核会把该位清 0。
- bit0 表示 TASKLET_STATE_SCHED
-
count
- 表示该 tasklet 是否使能：等于 0 表示使能了，非 0 表示被禁止了。对于 count 非 0 的 tasklet，里面的 func 函数不会被执行。
可以用这 2 个宏来定义结构体：
#define DECLARE_TASKLET(name, func, data) \
struct tasklet_struct name = { NULL, 0, ATOMIC_INIT(0), func, data }
#define DECLARE_TASKLET_DISABLED(name, func, data) \
struct tasklet_struct name = { NULL, 0, ATOMIC_INIT(1), func, data }
注意：使用 DECLARE_TASKLET_DISABLED 定义的 tasklet 结构体，它是禁止的；使用之前要先调用 tasklet_enable 使能它。
也可以使用函数来初始化 tasklet 结构体：
extern void tasklet_init(struct tasklet_struct *t,void (*func)(unsigned long), unsigned long data);
使能/ 禁止 tasklet
static inline void tasklet_enable(struct tasklet_struct *t);
static inline void tasklet_disable(struct tasklet_struct *t);
- tasklet_enable 把 count 增加 1；
- tasklet_disable 把 count 减 1。
调度 tasklet
static inline void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t);
把 tasklet 放入链表，并且设置它的 TASKLET_STATE_SCHED 状态为 1。
删除 tasklet
extern void tasklet_kill(struct tasklet_struct *t);
- 如果一个 tasklet 未被调度，tasklet_kill 会把它的TASKLET_STATE_SCHED 状态清 0；
- 如果一个 tasklet 已被调度，tasklet_kill 会等待它执行完华，再把它TASKLET_STATE_SCHED 状态清 0。
通常在卸载驱动程序时调用 tasklet_kill
tasklet软中断方式的按键驱动程序(stm32mp157)
tasklet使用方法：
- 先定义 tasklet，需要使用时（在硬件中断处理函数中）调用 tasklet_schedule，驱动卸载前调用tasklet_kill。tasklet_schedule 只是把 tasklet 放入内核队列，它的 func 函数会在由内核处理软件中断的执行过程中被调用
button_test.c
实现功能：首先以非阻塞的方式读取环形缓冲区十次，然后以阻塞的方式读取按键的值
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>
static int fd;
/*
* ./button_test /dev/my_gpio_key
*
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int val;
struct pollfd fds[1];
int timeout_ms = 5000;
int ret;
int flags;
int i;
/* 1. 判断参数 */
if (argc != 2)
{
printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);
return -1;
}
/* 2. 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NONBLOCK);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
//非阻塞的方式读取十次
for (i = 0; i < 10; i++)
{
if (read(fd, &val, 4) == 4)
printf("get button: 0x%x\n", val);
else
printf("get button: -1\n");
}
//修改为阻塞的方式，是休眠唤醒机制，没有数据则休眠
flags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, flags & ~O_NONBLOCK);
while (1)
{
if (read(fd, &val, 4) == 4)
printf("get button: 0x%x\n", val);
else
printf("while get button: -1\n");
}
close(fd);
return 0;
}
gpio_key_drv.c
实现功能，每个按键都能打印tasklet里面的软中断函数
#include <linux/module.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/timer.h>
struct gpio_key{
int gpio;
struct gpio_desc *gpiod;
int flag;
int irq;
struct timer_list key_timer;
struct tasklet_struct tasklet;//每个按键都有软中断函数
} ;
static struct gpio_key *gpio_keys_first;
/* 主设备号 */
static int major = 0;
static struct class *gpio_key_class;
/* 环形缓冲区 */
#define BUF_LEN 128
static int g_keys[BUF_LEN];
static int r, w;
struct fasync_struct *button_fasync;
#define NEXT_POS(x) ((x+1) % BUF_LEN)
static int is_key_buf_empty(void)
{
return (r == w);
}
static int is_key_buf_full(void)
{
return (r == NEXT_POS(w));
}
static void put_key(int key)
{
if (!is_key_buf_full())
{
g_keys[w] = key;
w = NEXT_POS(w);
}
}
static int get_key(void)
{
int key = 0;
if (!is_key_buf_empty())
{
key = g_keys[r];
r = NEXT_POS(r);
}
return key;
}
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_key_wait);
static void key_timer_expire(struct timer_list *t)
{
struct gpio_key *gpio_key = from_timer(gpio_key, t, key_timer);
int val;
int key;
val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);
printk("key_timer_expire key %d %d\n", gpio_key->gpio, val);
key = (gpio_key->gpio << 8) | val;
put_key(key);
wake_up_interruptible(&gpio_key_wait);
kill_fasync(&button_fasync, SIGIO, POLL_IN);
}
static void key_tasklet_func(unsigned long data)
{
/* data ==> gpio */
struct gpio_key *gpio_key = data;
int val;
int key;
val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);
printk("key_tasklet_func key %d %d\n", gpio_key->gpio, val);
}
/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 */
static ssize_t gpio_key_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
int err;
int key;
if (is_key_buf_empty() && (file->f_flags & O_NONBLOCK))
return -EAGAIN;
wait_event_interruptible(gpio_key_wait, !is_key_buf_empty());
key = get_key();
err = copy_to_user(buf, &key, 4);
return 4;
}
static unsigned int gpio_key_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
poll_wait(fp, &gpio_key_wait, wait);
return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
}
static int gpio_key_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{
if (fasync_helper(fd, file, on, &button_fasync) >= 0)
return 0;
else
return -EIO;
}
/* 定义自己的file_operations结构体 */
static struct file_operations gpio_key_drv = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = gpio_key_drv_read,
.poll = gpio_key_drv_poll,
.fasync = gpio_key_drv_fasync,
};
static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{
struct gpio_key *gpio_key = dev_id;
//printk("gpio_key_isr key %d irq happened\n", gpio_key->gpio);
//在硬件中断函数里面调用软
tasklet_schedule(&gpio_key->tasklet);
mod_timer(&gpio_key->key_timer, jiffies + HZ/50);
return IRQ_HANDLED;
}
/* 1. 从platform_device获得GPIO
* 2. gpio=>irq
* 3. request_irq
*/
static int gpio_key_probe(struct platform_device *pdev)
{
int err;
struct device_node *node = pdev->dev.of_node;
int count;
int i;
enum of_gpio_flags flag;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
count = of_gpio_count(node);
if (!count)
{
printk("%s %s line %d, there isn't any gpio available\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return -1;
}
gpio_keys_first= kzalloc(sizeof(struct gpio_key) * count, GFP_KERNEL);
for (i = 0; i < count; i++)
{
gpio_keys_first[i].gpio = of_get_gpio_flags(node, i, &flag);
if (gpio_keys_first[i].gpio < 0)
{
printk("%s %s line %d, of_get_gpio_flags fail\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return -1;
}
gpio_keys_first[i].gpiod = gpio_to_desc(gpio_keys_first[i].gpio);
gpio_keys_first[i].flag = flag & OF_GPIO_ACTIVE_LOW;
gpio_keys_first[i].irq = gpio_to_irq(gpio_keys_first[i].gpio);
//setup_timer(&gpio_keys_first[i].key_timer, key_timer_expire, &gpio_keys_first[i]);
timer_setup(&gpio_keys_first[i].key_timer, key_timer_expire, 0);
gpio_keys_first[i].key_timer.expires = ~0;
add_timer(&gpio_keys_first[i].key_timer);
tasklet_init(&gpio_keys_first[i].tasklet, key_tasklet_func, &gpio_keys_first[i]);//为每个按键都注册软中断处理函数，传入的参数是按下的按键
}
for (i = 0; i < count; i++)
{
err = request_irq(gpio_keys_first[i].irq, gpio_key_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "my_gpio_key", &gpio_keys_first[i]);
}
/* 注册file_operations */
major = register_chrdev(0, "my_gpio_key", &gpio_key_drv); /* /dev/gpio_key */
gpio_key_class = class_create(THIS_MODULE, "my_gpio_key_class");
if (IS_ERR(gpio_key_class)) {
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
unregister_chrdev(major, "my_gpio_key");
return PTR_ERR(gpio_key_class);
}
device_create(gpio_key_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "my_gpio_key"); /* /dev/my_gpio_key */
return 0;
}
static int gpio_key_remove(struct platform_device *pdev)
{
//int err;
struct device_node *node = pdev->dev.of_node;
int count;
int i;
device_destroy(gpio_key_class, MKDEV(major, 0));
class_destroy(gpio_key_class);
unregister_chrdev(major, "my_gpio_key");
count = of_gpio_count(node);
for (i = 0; i < count; i++)
{
free_irq(gpio_keys_first[i].irq, &gpio_keys_first[i]);
del_timer(&gpio_keys_first[i].key_timer);
tasklet_kill(&gpio_keys_first[i].tasklet);//通常在卸载驱动程序时调用 tasklet_kill
}
kfree(gpio_keys_first);
return 0;
}
static const struct of_device_id my_keys[] = {
{ .compatible = "first_key,gpio_key" },
{ },
};
/* 1. 定义platform_driver */
static struct platform_driver gpio_keys_driver = {
.probe = gpio_key_probe,
.remove = gpio_key_remove,
.driver = {
.name = "my_gpio_key",
.of_match_table = my_keys,
},
};
/* 2. 在入口函数注册platform_driver */
static int __init gpio_key_init(void)
{
int err;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
err = platform_driver_register(&gpio_keys_driver);
return err;
}
/* 3. 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数
* 卸载platform_driver
*/
static void __exit gpio_key_exit(void)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
platform_driver_unregister(&gpio_keys_driver);
}
/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点 */
module_init(gpio_key_init);
module_exit(gpio_key_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
Makefile
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = /home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Linux-5.4
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
$(CROSS_COMPILE)gcc -o button_test button_test.c
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order button_test
# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o
obj-m += gpio_key_drv.o
修改设备树文件
对于一个引脚要用作中断时，
- a) 要通过 PinCtrl 把它设置为 GPIO 功能；【ST 公司对于 STM32MP157 系列芯片，GPIO 为默认模式 不需要再进行配置Pinctrl 信息】
- b) 表明自身：是哪一个 GPIO 模块里的哪一个引脚【修改设备树】
打开内核的设备树文件：arch/arm/boot/dts/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dts
gpio_keys_first {
compatible = "first_key,gpio_key";
gpios = <&gpiog 3 GPIO_ACTIVE_LOW
&gpiog 2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};
与此同时，需要把用到引脚的节点禁用
注意，如果其他设备树文件也用到该节点，需要设置属性为disabled状态，在arch/arm/boot/dts目录下执行如下指令查找哪些设备树用到该节点
grep "&gpiog" * -nr
如果用到该节点，需要添加属性去屏蔽：
status = "disabled";
编译测试
首先要设置 ARCH、CROSS_COMPILE、PATH 这三个环境变量后，进入 ubuntu 上板子内核源码的目录，在Linux内核源码根目录下，执行如下命令即可编译 dtb 文件：
make dtbs V=1
编译好的文件在路径由DTC指定，移植设备树到开发板的共享文件夹中，先保存源文件，然后覆盖源文件，重启后会挂载新的设备树，进入该目录查看是否有新添加的设备节点
cd /sys/firmware/devicetree/base
编译驱动程序，在Makefile文件目录下执行make指令，此时，目录下有编译好的内核模块gpio_key_drv.ko和可执行文件button_test文件移植到开发板上
确定一下烧录系统：cat /proc/mounts，查看boot分区挂载的位置，将其重新挂载在boot分区：mount /dev/mmcblk2p2 /boot，然后将共享文件夹里面的设备树文件拷贝到boot目录下，这样的话设备树文件就在boot目录下
cp /mnt/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dtb /boot
重启后挂载，运行
insmod -f gpio_key_drv.ko // 强制安装驱动程序
ls /dev/my_gpio_key
./button_test /dev/my_gpio_key & //后台运行，此时prink函数打印的内容看不到
然后按下按键
