imx6ull-驱动开发篇19——linux信号量实验

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实验程序编写

修改设备树文件

[LED 驱动修改](#LED 驱动修改)

semaphore.c

测试semaApp.c

[Makefile 文件](#Makefile 文件)

运行测试

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在之前的文章里，我们学习了：驱动开发篇16------信号量与互斥体。

本讲实验里，我们来使用信号量实现 LED 灯互斥访问的功能，编写驱动代码，并运行测试结果。

实验程序编写

修改设备树文件

和之前文章一致，GPIO子系统驱动LED，主要是以下几点：

• 添加 pinctrl 节点
• 添加 LED 设备节点
• 检查 PIN 是否被其他外设使用

LED 驱动修改

semaphore.c

信号量实验，使用信号量来实现对实现设备的互斥访问，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 <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		"gpioled"	/* 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;
	}
#if 0
	down(&gpioled.sem);		/* 不能被信号打断 */
#endif

	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("/gpioled");
	if(gpioled.nd == NULL) {
		printk("gpioled node not find!\r\n");
		return -EINVAL;
	} else {
		printk("gpioled 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, "led-gpio", 0);
	if(gpioled.led_gpio < 0) {
		printk("can't get led-gpio");
		return -EINVAL;
	}
	printk("led-gpio num = %d\r\n", gpioled.led_gpio);

	/* 3、设置GPIO1_IO03为输出，并且输出高电平，默认关闭LED灯 */
	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("huax");

在open函数中申请信号量，可以使用down函数，也可以使用down_interruptible函数。

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;
	}
#if 0
	down(&gpioled.sem);		/* 不能被信号打断 */
#endif

	return 0;
}

如果信号量值大于等于 1 就表示可用，应用程序就会开始使用 LED 灯。

如果信号量值为 0 就表示应用程序不能使用 LED 灯，此时应用程序就会进入到休眠状态。等到信号量值大于 1 的时候应用程序就会唤醒，申请信号量，获取 LED 灯使用权。

在 release 函数中调用 up 函数释放信号量，这样其他因为没有得到信号量而进入休眠状态的应用程序就会唤醒，获取信号量。

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;
}

这个机制通过信号量的原子增减操作，保证了LED设备在任何时刻只能被一个应用进程安全访问。

测试semaApp.c

测试代码和之前的一样，没有修改。

代码里模拟占用 25 秒 LED ，测试 APP 在获取到 LED 灯驱动的使用权以后会使用 25S，在使用的这段时间，如果有其他的应用也去获取 LED 灯使用权的话肯定会失败。

代码如下：

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
 
#define LEDOFF 	0
#define LEDON 	1
 
/*
 * @description		: main主程序
 * @param - argc 	: argv数组元素个数
 * @param - argv 	: 具体参数
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd, retvalue;
	char *filename;
	unsigned char cnt = 0;
	unsigned char databuf[1];
	
	if(argc != 3){
		printf("Error Usage!\r\n");
		return -1;
	}
 
	filename = argv[1];
 
	
	fd = open(filename, O_RDWR);
	if(fd < 0){
		printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}
 
	databuf[0] = atoi(argv[2]);	/* 要执行的操作：打开或关闭 */
 
	/* 向/dev/gpioled文件写入数据 */
	retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
	if(retvalue < 0){
		printf("LED Control Failed!\r\n");
		close(fd);
		return -1;
	}
 
	/* 模拟占用25S LED */
	while(1) {
		sleep(5);
		cnt++;
		printf("App running times:%d\r\n", cnt);
		if(cnt >= 5) break;
	}
 
	printf("App running finished!");
	retvalue = close(fd); /* 关闭文件 */
	if(retvalue < 0){
		printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}
	return 0;
}

Makefile 文件

makefile文件只需要修改 obj-m 变量的值，改为semaphore.o

KERNELDIR := /home/huax/linux/linux_test/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga
 
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := semaphore.o
 
build: kernel_modules
kernel_modules:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
	$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

运行测试

编译代码：

make -j32 //编译makefile文件

arm-linux-gnueabihf-gcc semaApp.c -o semaApp  //编译测试程序

编译成功以后，就会生成一个名为"semaphore.ko"的驱动模块文件，和semaApp 这个应用程序。

将 semaphore.ko 和 semaApp 这 两 个 文 件 拷 贝 到rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中，重启开发板。

进入到目录 lib/modules/4.1.15 中，输入如下命令加载 semaphore.ko 驱动模块：

depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe semaphore.ko//加载驱动

驱动加载成功以后就可以使用 semaApp 软件测试驱动是否工作正常：

./ semaApp /dev/gpioled 1& //后台方式，打开 LED 灯

在打开LED灯25s以内关闭：

./ semaApp /dev/gpioled 0& //关闭 LED 灯

这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。

卸载驱动的话输入如下命令：

rmmod semaphore.ko