第四季-专题12-按键驱动程序设计

专题12-按键驱动程序设计

第1课-混杂设备驱动模型

1. 混杂设备描述

在Linux系统中，存在一类字符设备，它们拥有相同的主设备号（10），但次设备号不同，我们称这类设备为混杂设备(miscdevice)。所有的混杂设备形成一个链表，对设备访问时内核根据混杂设备形成一个链表，对设备访问时内核根据次设备号查找到相应的混杂设备。

Linux中使用struct miscdevice来描述一个混杂设备。

struct miscdevice {

int minor; /* 次设备号*/

const char *name; /* 设备名*/

const struct file_operations *fops; /*文件操作*/

struct list_head list;

struct device *parent;

struct device *this_device;

};

1. 混杂设备注册

Linux中使用misc_register函数来注册一个混杂设备驱动。

int misc_register(struct miscdevice * misc)。

1. 范例分析

初始化miscdevice：minor，name，fops

注册miscdevice：misc_register

key.c

#include <linux/module.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/miscdevice.h>

#include <linux/interrupt.h>

#include <linux/fs.h>

#include <linux/io.h>

#define GPFCON 0x56000050

irqreturn_t key_int(int irq, void *dev_id)

{

    //1. 检测是否发生了按键中断

    //2. 清除已经发生的按键中断

    //3. 打印按键值

    printk("key down! ");

   

    return 0;   

}

void key_hw_init()

{

    unsigned short data;

    unsigned int *gpio_config;

    gpio_config = ioremap(GPFCON,4);

    data = readw(gpio_config);

    data &= ~0b11;

    data |= 0b10;

    writew(data,gpio_config);

}

int key_open(struct inode *node,struct file *filp)

{

    return 0;

}

struct file_operations key_fops =

{

    .open = key_open,

};

struct miscdevice key_miscdev = {

    .minor = 200,

    .name = "tq2440key",

    .fops = &key_fops,

};

static int button_init()

{

    misc_register(&key_miscdev);

    //按键硬件初始化

    key_hw_init();

    //注册中断处理程序

    request_irq(IRQ_EINT0,key_int,IRQF_TRIGGER_FALLING,"tq2440key",0);

    return 0;

}

static void button_exit()

{

    misc_deregister(&key_miscdev);

}

module_init(button_init);

module_exit(button_exit);

第2课-Linux中断处理

1. 逻辑中断处理程序回顾

中断有个统一的入口，事先要注册中断处理程序，根据中断源编号调用中断处理程序。

1. Linux中断处理流程分析

 

1. Linux中断处理程序设计

（1）       注册中断

request_irq函数用于注册中断

int request_irq(unsigned int irq,

void (*handler)(int, void*, struct

pt_regs *),

unsigned long flags,

const char *devname,

void *dev_id)

返回0表示成功，或者返回一个错误码。

unsigned int irq：中断号

v void (*handler)(int,void *)：中断处理函数。

v unsigned long flags：与中断管理有关的各种选项。

v const char * devname：设备名

v void *dev_id：共享中断时使用。

在flags参数中，可以选择一些与中断管理有关的选项,如:

IRQF_DISABLED（SA_INTERRUPT）

如果设置该位，表示是一个“快速”中断处理程序；如果没有设置这位，那么是一个“慢速”中断处理程序。

IRQF_SHARED（SA_SHIRQ）

该位表明该中断号是多个设备共享的。

快/慢速中断的主要区别在于：快速中断保证中断处理的原子性(不被打断)，而慢速中断则不保证。换句话说，也就是“开启中断”标志位(处理器IF)在运行快速中断处理程序时是关闭的，因此在服务该中断时,不会被其他类型的中断打断;而调用慢速中断处理时，其它类型的中断仍可以得到服务。

（2）       中断处理

中断处理程序的特别之处是在中断上下文中运行的，它的行为受到某些限制：不能使用可能引起阻塞的函数；不能使用可能引起调度的函数。

         检查设备是否产生了中断，清除中断产生标志，相应的硬件操作。

（3）       注销处理

当设备不再需要使用中断时(通常在驱动卸载时), 应当把它们注销, 使用函数:

void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)

（4）程序

第3课-按键驱动硬件操作实现

第4课-中断分层处理

1. 中断嵌套

 

1. 中断分层处理

上半部：当中断发生，它进行相应地硬件读写，并“登记”该中断。通常由中断处理程序充当上半部。

下半部：在系统空闲的时候对上半部“登记”的中断进行后续处理

（1）       软中断

（2）       tasklet

（3）       工作队列

工作队列是一种将任务推后执行的形式，他把推后的任务交由一个内核线程去执行。这

样下半部会在进程上下文执行，它允许重新调度甚至睡眠。每个被推后的任务叫做“工作”，由这些工作组成的队列称为工作队列。

 

l  Linux内核使用struct work_struct来描述一个工作队列：

struct workqueue_struct {

struct cpu_workqueue_struct *cpu_wq;

struct list_head list;

const char *name; /*workqueue name*/

int singlethread;

int freezeable; /* Freeze threads during suspend */

int rt;

};

l  Linux内核使用struct work_struct来描述一个工作项：

struct work_struct {

atomic_long_t data;

struct list_head entry;

work_func_t func;

};

typedef void (*work_func_t)(struct work_struct *work);

l  工作队列创建步骤：

step1. 创建工作队列

create_workqueue

step2. 创建工作

INIT_WORK

step3. 提交工作

queue_work

1. 使用工作队列实现分层

在大多数情况下, 驱动并不需要自己建立工作队列，只需定义工作, 然后将工作提交到内核已经定义好的工作队列keventd_wq中。

提交工作到默认队列：schedule_work

第5课-按键定时器去抖

1. 按键去抖

按键所用开关为机械弹性开关，当机械触点断开、闭合时，由于机械触点的弹性作用，开关不会马上稳定地接通或断开。因而在闭合及断开的瞬间总是伴随有一连串的抖动。

按键去抖动的方法主要有二种，一种是硬件电路去抖动;另一种就是软件延时去抖。而延

时又一般分为二种，一种是for循环等待，另一种是定时器延时。在操作系统中，由于效率方面的原因，一般不允许使用for循环来等待，只能使用定制器。

1. 内核定时器

Linux内核使用struct timer_list来描述一个定时器：

struct timer_list {

struct list_head entry;

unsigned long expires;

void (*function)(unsigned long);

unsigned long data;

struct tvec_base *base;

};

（1）       init_timer初始化

（2）       设置超时函数

1. add_timer注册定时器
2. mod_timer启动定时器

第6课-驱动支持多按键优化

第7课-阻塞型驱动设计

1. 阻塞必要性

当一个设备无法立刻满足用户的读写请求时应当如何处理？ 例如：调用read时，设备没有数据提供, 但以后可能会有；或者一个进程试图向设备写入数据，但是设备暂时没有准备好接收数据。当上述情况发生的时候，驱动程序应当(缺省地)阻塞进程，使它进入等待（睡

眠）状态，直到请求可以得到满足。

2.内核等待队列

在实现阻塞驱动的过程中，也需要有一个“候车室”来安排被阻塞的进程“休息”，当唤醒它们的条件成熟时，则可以从“候车室”中将这些进程唤醒。而这个“候车室”就是等待队列。

（1）定义等待队列：wait_queue_head_t my_queue

（2）初始化等待队列：init_waitqueue_head(&my_queue)

（3）定义+初始化等待队列：DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(my_queue)

（4）进入等待队列，睡眠

wait_event(queue,condition)

当condition(布尔表达式)为真时，立即返回；否则让进程进入TASK_UNINTERRUPTIBLE模式的睡眠，并挂在queue参数所指定的等待队列上。

wait_event_interruptible(queue,condition)

当condition(布尔表达式)为真时，立即返回；否则让进程进入TASK_INTERRUPTIBLE的睡眠，并挂在queue参数所指定的等待队列上。

int wait_event_killable(queue, condition)

当condition(一个布尔表达式)为真时，立即返回；否则让进程进入TASK_KILLABLE的睡眠，并挂在queue参数所指定的等待队列上。

（5）从等待队列中唤醒进程

wake_up(wait_queue_t *q)

从等待队列q中唤醒状态为TASK_UNINTERRUPTIBLE，TASK_INTERRUPTIBLE，TASK_KILLABLE 的所有进程。

wake_up_interruptible(wait_queue_t *q)

从等待队列q中唤醒状态为TASK_INTERRUPTIBLE 的进程

3. 阻塞驱动优化

         对按键驱动进行阻塞型改造