Linux驱动学习之中断与等待队列

本篇分为设备树部分和API接口部分

设备树

想要使用中断，设备树中需要有两个属性：

interrupts // 表示要使用哪一个中断, 中断的触发类型等等。

interrupt-parent // 这个中断要接到哪一个设备去? 即父中断控制器是谁

父中断控制器有两种指定方法：

只有一个父中断设备
有多个父中断设备

1）、只有一个父中断设备

interrupt-parent = <&父设备标号>;

interrupts = <... ...>, <... ...>;

2）、有多个父设备节点

interrupts-extended = <&父设备标号 .....>, <... ... ...>;

通过不断往里跳可以发现设备树查找有这两种方式

方法一

此方法中，由于查看父节点是靠 interrupt-parent实现的，所以此属性不可少.

方法二

不断跳就会发现这个循环

此方法中是通过属性中第一个元素找出的父节点，所以无需指定中断父节点

上述属性用多少个u32表示

由它的父中断控制器来描述,在父中断控制器中, 至少有2个属性:

interrupt-controller; // 表示自己是一个中断控制器

#interrupt-cells // 表示自己的子设备里应该用几个U32的数据来描述中断

如此图，此节点是父节点中断控制器，他的子节点用2个u32 描述中断。

如何找到一个节点的父中断控制器

一般在描述子中断节点中都会有一个属性interrupt-parent，由此属性描述。

如果子中断节点中没有此属性，需要查看此节点的父节点，一级一级往上直到父节点中出现interrupt-parent。

API函数

获取中断号

cpp 复制代码

int platform_get_irq(struct platform_device *dev, unsigned int num)

参数一：平台设备，

参数二：设备树里第几个中断引脚，一般给0

返回值：中断号

ps：需要在设备树里指定。

cpp 复制代码

int gpio_to_irq(unsigned gpio)

参数：io口号

返回值：中断号

ps：此函数无需在设备树里指定中断信息，直接调用可直接在根目录下的gpio中断控制器里申请返回一个中断号，一旦在设备树里指定，也可获得中断号，不过与不指定的中断号可能存在差异，不过不影响，都可以实现中断。

注册中断

cpp 复制代码

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

参数一：中断号

参数二：中断回调函数

参数三：在什么边沿触发

参数四：标签，可随意

参数五：中断回调函数传入的参数

cpp 复制代码

int 
devm_request_irq(struct device *dev, unsigned int irq, irq_handler_t handler,
		 unsigned long irqflags, const char *devname, void *dev_id)

此函数也可以注册中断，建议使用这个，参数跟上面函数大差不差不在重复介绍。

devm_request_irq和request_irq区别在于前者是申请的内核"managed"资源，不需要自己手动释放，会自动回收资源，而后者需要手动调用free_irq来释放中断资源

中断回调函数类型

flag类型

注销函数

cpp 复制代码

const void *free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)

参数一：中断号

参数二：与注册函数传入参数一致。

cpp 复制代码

void devm_free_irq(struct device *dev, unsigned int irq, void *dev_id)

参数与上述函数一致，注意配套使用
使用中断后，我们就可以在按下按键后就可以收到一次消息，但是由于上层函数在while循环里一直执行，每调用一次read就会调用底层内核的read，不会阻塞，所以cpu占用率百分之百，此时这就是个病毒驱动。但是我们在学习系统编程的时候，read是一个阻塞函数，当然那时内核实现的他的阻塞，所以我们就需要在内核里把read阻塞，当按键按下进入中断再让read解除阻塞，减少cpu的占用率。

等待队列

等待队列是目前内核最常用的阻塞同步机制之一
可以在内核层产生一个阻塞( 等于放弃 CPU 的！ )
while(1); ->这种叫死等 -> 效率最低占用 CPU 最高一种等待机制
所有的系统的等待机制都绝非死等-> 都是放弃 CPU ，后续被换唤醒机制！
在 FreeRTOS 大家应该接触过类似的概念
等待队列非常类似之前大家在系统层面学习线程的同步和互斥：条件变量！
等待队列除了创建之外就两个函数，也是两个功能：
一个功能叫做：阻塞 -> 调用后立刻产生挂起
wait_event
唤醒->调用会唤醒之前挂起进程 / 程序
wake_up
内核层的阻塞会引起上层的阻塞！
举个例子：我在 open-> 调用 " 阻塞 " -> 上层 open 也会阻塞
我在 read->调用 " 阻塞 " --> 上层 read 也会阻塞

等待队列的创建：(宏定义函数->用空间换时间)

cpp 复制代码

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name);

cpp 复制代码

#define DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name)                                          \
    struct wait_queue_head name = __WAIT_QUEUE_HEAD_INITIALIZER(name)

// Expands to
struct wait_queue_head queue = { . lock = ( spinlock_t ) { { . rlock = { . raw_lock = { { . val = { ( 0 ) } } } , } } } , . head = { & ( queue ) . head , & ( queue ) . head } }

此函数为宏函数，声明的时候已经帮我们初始化好了，括号里面是我们创建的变量名字

阻塞函数

cpp 复制代码

 wait_event_interruptible(wq_head, condition)

此函数也也为宏函数，可以看出，当condition为1时，不阻塞，为0时阻塞，另外第二个参数必须为变量，如果填0，则当唤醒函数执行后不会解除阻塞。wait_event_interruptible（以及wait_event打头的其他变体）是Linux的wait queue机制提供的线程同步接口（应先cond=0，把cond传进去）另外也可以看出，参数一直接传入变量名即可

唤醒函数

cpp 复制代码

wake_up_interruptible(x)

此函数也为宏函数，跳进去可发现，参数传入变量名地址。调用完该函数cond设置为1.

整体代码

cpp 复制代码

#include "linux/cdev.h"
#include "linux/device.h"
#include "linux/device/class.h"
#include "linux/export.h"
#include "linux/fs.h"
#include "linux/gpio.h"
#include "linux/interrupt.h"
#include "linux/irq.h"
#include "linux/module.h"
#include "linux/of_device.h"
#include "linux/of_gpio.h"
#include "linux/platform_device.h"
#include "linux/printk.h"
#include "linux/types.h"
#include "linux/uaccess.h"
#include "linux/wait.h"
#include "linux/zconf.h"
uint32_t pin;
dev_t dev_num;
struct cdev *cdev;
struct class *cls;
struct device * dev;
uint8_t cond;
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(queue);
uint8_t val;
irqreturn_t fun(int i, void * a)
{
    val=gpio_get_value(pin);
   printk("%d\r\n",val);
    wake_up_interruptible(&queue);
    cond=1;
    return 0;
}
static ssize_t read(struct file *f, char __user *b, size_t s, loff_t *offt)
{
    cond=0;
    wait_event_interruptible(queue,cond);
    int a=copy_to_user(b,&val,1);
    if(a)
    {
        
    }
    return 0;
}
static int open(struct inode *i, struct file *f)
{
    int ret=devm_request_irq(dev, gpio_to_irq(pin),fun,IRQ_TYPE_EDGE_FALLING,"key", NULL);
   printk("%d\r\n",ret);
    return ret;
}
static int close(struct inode *i, struct file *f)
{
  devm_free_irq(dev,gpio_to_irq(pin),NULL);
    return 0;
}
struct file_operations fops={
   .owner=THIS_MODULE,
   .read=read,
   .open=open,
   .release=close,
};

int probe(struct platform_device *d)
{
    // DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name);
    // wait_event_interruptible(,);
    // wake_up_interruptible(x)
    
    platform_get_irq();
   //free_irq();
   // devm_free_irq();
   dev=&d->dev;
    pin=of_get_named_gpio(d->dev.of_node,"key_pin",0);
   
    printk("%d\r\n",pin);
   printk("%d\r\n", platform_get_irq(d,0));
    printk("irq_num=%d", gpio_to_irq(pin));
    gpio_request(pin,"key");
    gpio_direction_input(pin);
   // devm_request_irq(&d->dev, gpio_to_irq(pin),fun,IRQ_TYPE_EDGE_FALLING,"key", NULL);
    alloc_chrdev_region(&dev_num, 0, 1,"key");
    cdev=cdev_alloc();
    cdev->ops=&fops;
    cdev_add(cdev,dev_num,1);
    cls=class_create(THIS_MODULE, "key");
    device_create(cls, NULL,dev_num,NULL,"key");
    return 0;
}
int remove(struct platform_device *d)
{
    return 0;
}
static struct of_device_id match={
    .compatible="key",
};

static struct platform_driver driver={
    .probe=probe,
    .remove=remove,
    .driver={
        .name="key",
        .of_match_table=&match,
    },
};
static int __init start(void)
{
    platform_driver_register(&driver);
    printk(KERN_INFO "Hello, world!\n");
    return 0;
}
static void __exit stop(void)
{
    platform_driver_unregister(&driver);
    printk(KERN_INFO "Goodbye, world!\n");
}
module_init(start);
module_exit(stop);
MODULE_LICENSE("GPL");