“工作队列”机制：

定时器、下半部 tasklet，它们都是在中断上下文中执行，它们无法休眠。当要处理更复杂的事情时，往往更耗时。这些更耗时的工作放在定时器或是下半部中，会使得系统很卡；并且循环等待某件事情完成也太浪费CPU 资源了。如果使用线程来处理这些耗时的工作，那就可以解决系统卡顿的问题：因为线程可以休眠。

所以：工作队列的应用场合：要做的事情比较耗时，甚至可能需要休眠，那么可以使用工作队列。

在内核中，我们并不需要自己去创建线程，可以使用“工作队列”(workqueue)。内核初始化工作队列是，就为它创建了内核线程。以后我们要使用“工作队列”，只需要把“工作”放入“工作队列中”，对应的内核线程就会取出“工作”，执行里面的函数。

缺点：多个工作(函数)是在某个内核线程中依序执行的，前面函数执行很慢，就会影响到后面的函数【解决方法是单独使用一个线程而不是使用系统默认的队列】。但是在多 CPU的系统下，一个工作队列可以有多个内核线程，可以在一定程度上缓解这个问题。

内核函数

参考内核头文件：include\linux\workqueue.h

work_struct 结构体

内核线程、工作队列(workqueue)都由内核创建了

核心是一个 work_struct 结构体

定义 work

#define DECLARE_WORK(n, f) \
struct work_struct n = __WORK_INITIALIZER(n, f)
#define DECLARE_DELAYED_WORK(n, f) \
struct delayed_work n = __DELAYED_WORK_INITIALIZER(n, f, 0)

• 第 1 个宏是用来定义一个 work_struct 结构体，要指定它的函数。
• 第 2 个宏用来定义一个 delayed_work 结构体，也要指定它的函数。所以“delayed”，意思就是说要让它运行时，可以指定：某段时间之后你再执行。

如果要在代码中初始化 work_struct 结构体，可以使用下面的宏：

#define INIT_WORK(_work, _func)

使用 work ：schedule_work

调用 schedule_work 时，就会把 work_struct 结构体放入队列中，并唤醒对应的内核线程（自动）。内核线程就会从队列里把 work_struct 结构体取出来，执行里面的函数。

workqueue 其他函数

函数	说明
create_workqueue	在 Linux 系统中已经有了现成的 system_wq 等工作队列，你当然也可以自己调用 create_workqueue 创建工作队列，对于 SMP 系统，这个工作队列会有多个内核线程与它对应，创建工作队列时，内核会帮这个工作队列创建多个内核线程
create_singlethread_workqueue	如果想只有一个内核线程与工作队列对应，可以用本函数创建工作队列，创建工作队列时，内核会帮这个工作队列创建一个内核线程
destroy_workqueue	销毁工作队列
schedule_work	调度执行一个具体的 work，执行的 work 将会被挂入 Linux 系统提供的工作队列
schedule_delayed_work	延迟一定时间去执行一个具体的任务，功能与 schedule_work 类似，多了一个延迟时间
queue_work	跟 schedule_work 类似，schedule_work 是在系统默认的工作队列上执行一个work，queue_work 需要自己指定工作队列
queue_delayed_work	跟 schedule_delayed_work 类似，schedule_delayed_work 是在系统默认的工作队列上执行一个 work，queue_delayed_work 需要自己指定工作队列
flush_work	等待一个 work 执行完毕，如果这个 work 已经被放入队列，那么本函数等它执行完毕，并且返回 true；如果这个 work 已经执行完华才调用本函数，那么直接返回false
flush_delayed_work	等待一个 delayed_work 执行完毕，如果这个 delayed_work 已经被放入队列，那么本函数等它执行完毕，并且返回 true；如果这个 delayed_work 已经执行完华才调用本函数，那么直接返回 false

工作队列方式的按键驱动程序(stm32mp157)

编程思路

使用工作队列时，步骤如下：

• 第1步 构造一个 work_struct 结构体，里面有函数；
• 第2步 把这个 work_struct 结构体放入工作队列，内核线程就会运行 work 中的函数。

button_test.c

#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/100ask_button0
 *
 */
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;
	}

	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");
	}

	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

#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>
#include <linux/workqueue.h>
#include <asm/current.h>//打印内核线程的id需要的头文件


struct gpio_key{
	int gpio;
	struct gpio_desc *gpiod;
	int flag;
	int irq;
	struct timer_list key_timer;
	struct tasklet_struct tasklet;
	struct work_struct work;//每个按键都有工作队列
} ;

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);
}

static void key_work_func(struct work_struct *work)
{
	struct gpio_key *gpio_key = container_of(work, struct gpio_key, work);//根据work成员的地址反推结构体地址
	int val;

	val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);

	printk("key_work_func: the process is %s pid %d\n",current->comm, current->pid);//打印内核线程的id	
	printk("key_work_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);
	tasklet_schedule(&gpio_key->tasklet);
	mod_timer(&gpio_key->key_timer, jiffies + HZ/50);
	schedule_work(&gpio_key->work);
	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]);

		INIT_WORK(&gpio_keys_first[i].work, key_work_func);//初始化工作队列
	}

	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);
	}
	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