按键驱动的恩恩怨怨之同步相互排斥堵塞

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一.驱动代码

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/hardware.h>
#include <linux/poll.h>



static struct class *sixthdrv_class;
static struct class_device	*sixthdrv_class_dev;

//volatile unsigned long *gpfcon;
//volatile unsigned long *gpfdat;

static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);

/* 中断事件标志, 中断服务程序将它置1，sixth_drv_read将它清0 */
static volatile int ev_press = 0;

//static struct fasync_struct *button_async;     //定义一个结构


struct pin_desc{                               //定义结构体
	unsigned int pin;
	unsigned int key_val;
};


/* 键值: 按下时, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04 */
/* 键值: 松开时, 0x81, 0x82, 0x83, 0x84 */
static unsigned char key_val;

/*
 * K1,K2,K3,K4相应GPG0。GPG3，GPG5。GPG6
 */

struct pin_desc pins_desc[4] = {
	{S3C2410_GPG0, 0x01},
	{S3C2410_GPG3, 0x02},
	{S3C2410_GPG5, 0x03},
	{S3C2410_GPG6, 0x04},
};

//static atomic_t canopen = ATOMIC_INIT(1);     //定义原子变量并初始化为1

static DECLARE_MUTEX(button_lock);     //定义相互排斥锁

/*
  * 确定按键值
  */
static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)    //參数中断号，和ID
{
	struct pin_desc * pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;     //?定义一个结构体指针使他的初值为ID
	unsigned int pinval;
	
	pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);        //系统函数独处引脚值（GPF0）

	if (pinval)
	{
		/* 松开 */
		key_val = 0x80 | pindesc->key_val;
	}
	else
	{
		/* 按下 */
		key_val = pindesc->key_val;
	}

    ev_press = 1;                  /* 表示中断发生了 */
    wake_up_interruptible(&button_waitq);   /* 唤醒休眠的进程 */
	
	//kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN);
	
	return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
#if 0
/*
*刚開始定义为1然后自减变为0返回1。再取非则不执行函数。假设在这个函数没关闭之前又想打开则
*先自减变为-1返回0，再去非则变为1，则执行函数。
先自加变为0，然后返回繁忙
*/	
	if (!atomic_dec_and_test(&canopen))  //原子操作,自减操作后測试其是否为0，为0则返回true，否则返回false。
	{                                     
		atomic_inc(&canopen);
		return -EBUSY;
	}
#endif		

	if (file->f_flags & O_NONBLOCK)
	{
		if (down_trylock(&button_lock)) 
			return -EBUSY;
	}
	else
	{
		/* 获取信号量 */
		down(&button_lock);
	}

	/* GPG0，GPG3，GPG5。GPG6为中断引脚: EINT8,EINT11,EINT13,EINT14 */
	request_irq(IRQ_EINT8,  buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "K1", &pins_desc[0]);
	request_irq(IRQ_EINT11, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "K2", &pins_desc[1]);
	request_irq(IRQ_EINT13, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "K3", &pins_desc[2]);
	request_irq(IRQ_EINT14, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "K4", &pins_desc[3]);	

	return 0;
}

ssize_t sixth_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
	if (size != 1)
		return -EINVAL;

	if (file->f_flags & O_NONBLOCK)
	{
		if (!ev_press)
			return -EAGAIN;
	}
	else
	{
		/* 假设没有按键动作, 休眠 */
		wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);
	}

	/* 假设有按键动作, 返回键值 */
	copy_to_user(buf, &key_val, 1);
	ev_press = 0;
	
	return 1;
}


int sixth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
	//atomic_inc(&canopen);        //原子加1
	free_irq(IRQ_EINT8,  &pins_desc[0]);
	free_irq(IRQ_EINT11, &pins_desc[1]);
	free_irq(IRQ_EINT13, &pins_desc[2]);
	free_irq(IRQ_EINT14, &pins_desc[3]);
	up(&button_lock);
	return 0;
}
# if 0 
static unsigned sixth_drv_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{
	unsigned int mask = 0;
	poll_wait(file, &button_waitq, wait); // 不会马上休眠

	if (ev_press)
		mask |= POLLIN | POLLRDNORM;

	return mask;
}
#endif

# if 0 
static int sixth_drv_fasync (int fd, struct file *filp, int on)
{
	printk("driver: sixth_drv_fasync
");
	return fasync_helper (fd, filp, on, &button_async);
}
#endif

static struct file_operations sencod_drv_fops = {
    .owner   =  THIS_MODULE,    /* 这是一个宏，推向编译模块时自己主动创建的__this_module变量 */
    .open    =  sixth_drv_open,     
	.read	 =	sixth_drv_read,	   
	.release =  sixth_drv_close,
	//.poll    =  sixth_drv_poll,
	//.fasync	 =  sixth_drv_fasync,
};


int major;
static int sixth_drv_init(void)
{
	major = register_chrdev(0, "sixth_drv", &sencod_drv_fops);

	sixthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "sixth_drv");

	sixthdrv_class_dev = class_device_create(sixthdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons"); /* /dev/buttons */

//	gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16);
//	gpfdat = gpfcon + 1;

	return 0;
}

static void sixth_drv_exit(void)
{
	unregister_chrdev(major, "sixth_drv");
	class_device_unregister(sixthdrv_class_dev);
	class_destroy(sixthdrv_class);
//	iounmap(gpfcon);
	return 0;
}


module_init(sixth_drv_init);

module_exit(sixth_drv_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

二.应用程序代码

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>


/* sixthdrvtest 
  */
int fd;

#if 0 
void my_signal_fun(int signum)
{
	unsigned char key_val;
	read(fd, &key_val, 1);
	printf("key_val: 0x%x
", key_val);
}
#endif 

int main(int argc, char **argv)
{
	unsigned char key_val;
	int ret;
	int Oflags;

	//signal(SIGIO, my_signal_fun);
	
	fd = open("/dev/buttons", O_RDWR | O_NONBLOCK);  //增加O_NONBLOCK就可以实现非堵塞
	if (fd < 0)
	{
		printf("can't open!
");
		return -1;
	}

	//fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
	
	//Oflags = fcntl(fd, F_GETFL); 
	
	//fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);


	while (1)
	{
		ret = read(fd, &key_val, 1);
		printf("key_val: 0x%x, ret = %d
", key_val, ret);
		sleep(5);                                          //单位为秒
	}
	
	return 0;
}

三.分析

    1. 原子操作

  

首先我们来看这张图，这张图就是上次我们写驱动的驱动，我在让驱动在后台执行，你吃惊的发现他还能再启动一个应用程序。这是怎么回事呢。

我们的驱动程序能同一时候让多个应用程序打开(非常明显这样有些时候会产生非常多问题)。

有什么办法避免这样的情况？让一个应用程序仅仅能打开一个驱动。

原子操作是一种方法。信号量也是一种。以下我来分别介绍下。

   1. 原子操作

          首先我们定义了原子变量

static atomic_t canopen = ATOMIC_INIT(1);     //定义原子变量并初始化为1

          以下是实现的关键

	if (!atomic_dec_and_test(&canopen))  //原子操作,自减操作后測试其是否为0，为0则返回true。否则返回false。

	{                                     
		atomic_inc(&canopen);
		return -EBUSY;
	}

           关闭的时候要把原子量加1（由于在if中你是给他减1的）

atomic_inc(&canopen);        //原子加1

        

假定我们没有打开。初始值是1，当应用程序第一次打开时候自减值变为0返回true然后取非为假了。不运行if()语句。

当这个程序没运行结束也就是没关闭。此事原子的值为0，若再有人要打开则在if()中先自减为-1。然后返回false,再取非则为真，要运行if(),if()里面干了啥？首先当然是让原子回复正常的状态0啦。

然后返回一个错误。这样就能实现应用程序仅仅能调用一次驱动了。

以下是图片

               

    2. 信号量

              相比于上面的应用程序，以下的信号量的方法解决这个问题。

               信号量（semaphore）是用于保护临界区的一种经常用法。仅仅有得到信号量的进程才干运行临界区代码。
当获取不到信号量时，进程进入休眠等待状态。

             三部曲：

                         一.定义

static DECLARE_MUTEX(button_lock);     //定义相互排斥锁

                                       二.获取

down(&button_lock);

                         三.释放

up(&button_lock);

             实现：增加第一个打开以后（也就是获取了信号量），再有程序要打开就会陷入休眠，直到第一个程序释放，第二个程序才開始启动。

    3. 堵塞与非堵塞

               堵塞操作    
                     是指在运行设备操作时若不能获得资源则挂起进程，直到满足可操作的条件后再进行操作。

                     被挂起的进程进入休眠状态。被从调度器的执行队列移走，直到等待的条件被满足。

               非堵塞操作  
                      进程在不能进行设备操作时并不挂起。它或者放弃，或者不停地查询。直至能够进行操作为止。

应用函数实现：

	fd = open("/dev/buttons", O_RDWR | O_NONBLOCK);  //增加O_NONBLOCK就可以实现非堵塞

驱动实现：

在open()函数中：

	if (file->f_flags & O_NONBLOCK)
	{
		if (down_trylock(&button_lock)) 
			return -EBUSY;
	}
	else
	{
		/* 获取信号量 */
		down(&button_lock);
	}

假设非堵塞方式。打开后检測能否上锁。假设已经上锁则返回错误。假设是堵塞方式，检測是否上锁，假设已经上锁则休眠

在read()函数中：

	if (file->f_flags & O_NONBLOCK)
	{
		if (!ev_press)
			return -EAGAIN;
	}
	else
	{
		/* 假设没有按键动作, 休眠 */
		wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);
	}

假设是非堵塞。推断是否按下，假设没按下则返回错误。假设是堵塞，假设则没有按键按下，休眠。

对照下应该非常easy理解堵塞与非堵塞。