树莓派linux led字符设备驱动(信号量)
一、信号量
Linux 内核提供了信号量机制,信号量常常用于控制对共享资源的访问。相比于自旋锁,信号量可以使线程进入休眠状态,使用信号量会提高处理器的使用效率。但是,信号量的开销要比自旋锁大,因为信号量使线程进入休眠状态以后会切换线程,切换线程就会有开销。总结一下信号量的特点:
①、因为信号量可以使等待资源线程进入休眠状态,因此适用于那些占用资源比较久的场合。
②、因此信号量不能用于中断中,因为信号量会引起休眠,中断不能休眠。
③、如果共享资源的持有时间比较短,那就不适合使用信号量了,因为频繁的休眠、切换线程引起的开销要远大于信号量带来的优势。
1.1、信号量 API 函数
Linux 内核使用 semaphore 结构体表示信号量,结构体内容如下所示:
struct semaphore {
raw_spinlock_t lock;
unsigned int count;
struct list_head wait_list;
};
信号量的 API 函数有:
DEFINE_SEAMPHORE(name)
定义一个信号量,并且设置信号量的值为 1。
void sema_init(struct semaphore *sem, int val)
初始化信号量 sem,设置信号量值为 val。
void down(struct semaphore *sem)
获取信号量,因为会导致休眠,因此不能在中断中使用。
int down_trylock(struct semaphore *sem);
尝试获取信号量,如果能获取到信号量就获取,并且返回 0。如果不能就返回非 0,并且不会进入休眠。
int down_interruptible(struct semaphore *sem)
获取信号量,和 down 类似,只是使用 down 进入休眠状态的线程不能被信号打断。而使用此函数进入休眠以后是可以被信号打断的。
void up(struct semaphore *sem)
释放信号量
二、编写驱动程序
2.1 修改设备树文件
ledtest{
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "ledtest";
pinctrl-names = "default";
linux,default-trigger = "input";
gpios = <&gpio 26 0>;
status = "okay";
};
2.2、LED 驱动修改
#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 <linux/semaphore.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#define GPIOLED_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define GPIOLED_NAME "ledtest" /* 名字 */
#define LEDOFF 0 /* 关灯 */
#define LEDON 1 /* 开灯 */
/* gpioled设备结构体 */
struct gpioled_dev{
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 led_gpio; /* led所使用的GPIO编号 */
struct semaphore sem; /* 信号量 */
};
struct gpioled_dev gpioled; /* led设备 */
/*
* @description : 打开设备
* @param - inode : 传递给驱动的inode
* @param - filp : 设备文件,file结构体有个叫做private_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
filp->private_data = &gpioled; /* 设置私有数据 */
/* 获取信号量 */
if (down_interruptible(&gpioled.sem)) { /* 获取信号量,进入休眠状态的进程可以被信号打断 */
return -ERESTARTSYS;
}
return 0;
}
/*
* @description : 从设备读取数据
* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
* @param - cnt : 要读取的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 读取的字节数,如果为负值,表示读取失败
*/
static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
return 0;
}
/*
* @description : 向设备写数据
* @param - filp : 设备文件,表示打开的文件描述符
* @param - buf : 要写给设备写入的数据
* @param - cnt : 要写入的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 写入的字节数,如果为负值,表示写入失败
*/
static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int retvalue;
unsigned char databuf[1];
unsigned char ledstat;
struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);
if(retvalue < 0) {
printk("kernel write failed!\r\n");
return -EFAULT;
}
ledstat = databuf[0]; /* 获取状态值 */
if(ledstat == LEDON) {
gpio_set_value(dev->led_gpio, 0); /* 打开LED灯 */
} else if(ledstat == LEDOFF) {
gpio_set_value(dev->led_gpio, 1); /* 关闭LED灯 */
}
return 0;
}
/*
* @description : 关闭/释放设备
* @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
up(&dev->sem); /* 释放信号量,信号量值加1 */
return 0;
}
/* 设备操作函数 */
static struct file_operations gpioled_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_open,
.read = led_read,
.write = led_write,
.release = led_release,
};
/*
* @description : 驱动入口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init led_init(void)
{
int ret = 0;
/* 初始化信号量 */
sema_init(&gpioled.sem, 1);
/* 设置LED所使用的GPIO */
/* 1、获取设备节点:gpioled */
gpioled.nd = of_find_node_by_path("/ledtest");
if(gpioled.nd == NULL) {
printk("ledtest node not find!\r\n");
return -EINVAL;
} else {
printk("ledtest node find!\r\n");
}
/* 2、 获取设备树中的gpio属性,得到LED所使用的LED编号 */
gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "gpios", 0);
if(gpioled.led_gpio < 0) {
printk("can't get gpios");
return -EINVAL;
}
printk("gpios num = %d\r\n", gpioled.led_gpio);
ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1);
if(ret < 0) {
printk("can't set gpio!\r\n");
}
/* 注册字符设备驱动 */
/* 1、创建设备号 */
if (gpioled.major) { /* 定义了设备号 */
gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0);
register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);
} else { /* 没有定义设备号 */
alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME); /* 申请设备号 */
gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
}
printk("gpioled major=%d,minor=%d\r\n",gpioled.major, gpioled.minor);
/* 2、初始化cdev */
gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops);
/* 3、添加一个cdev */
cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT);
/* 4、创建类 */
gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME);
if (IS_ERR(gpioled.class)) {
return PTR_ERR(gpioled.class);
}
/* 5、创建设备 */
gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL, gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME);
if (IS_ERR(gpioled.device)) {
return PTR_ERR(gpioled.device);
}
return 0;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit led_exit(void)
{
/* 注销字符设备驱动 */
cdev_del(&gpioled.cdev);/* 删除cdev */
unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); /* 注销设备号 */
device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);
class_destroy(gpioled.class);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zsx");
2.3、编写测试APP
测试 APP 使用https://blog.csdn.net/xxxx123041/article/details/120421290中的 App.c 即可。
三、运行测试
将编译出来的 led.ko文件拷贝到/lib/modules/5.10.17-v7l+/ 目录中,输入如下命令加载 led.ko 驱动模块:
sudo depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
sudo modprobe ledtest//加载驱动
dmesg //查看模块打印信息
驱动加载成功以后会自动在/dev 目录下创建设备节点文件/dev/ledtest。驱动加载成功以后就可以使用 App 软件来测试驱动是否工作正常,输入如下命令以后台运行模式打开 LED 灯,“&”表示在后台运行 App 这个软件:
./App /dev/ledtest 1& //打开 LED 灯
输出了“App running times:1”和“App running times:2”,这就是模拟 25S 占用,说明 App 这个软件正在使用 LED 灯。此时再输入如下命令关闭 LED 灯:
./App /dev/ledtest 0&//关闭 LED 灯
注意两个命令都是运行在后台,第一条命令先获取到信号量,因此可以操作 LED 灯,将LED 灯打开,并且占有 25S。第二条命令因为获取信号量失败而进入休眠状态,等待第一条命令运行完毕并释放信号量以后才拥有 LED 灯使用权,将 LED 灯关闭。
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