新手怎么样学做网站,wordpress学校模板,wordpress 婚礼邀请,什么网站能免费做推广目录原子操作实验实验程序编写运行测试(运行多个APP抢占资源)自旋锁实验实验程序编写运行测试信号量实验实验程序编写运行测试(第二条命令因为获取信号量失败而进入休眠状态)互斥体实验(类似二值信号量#xff0c;会休眠)实验程序编写运行测试在上一章中我们学习了Linux 下的并…
目录原子操作实验实验程序编写运行测试(运行多个APP抢占资源)自旋锁实验实验程序编写运行测试信号量实验实验程序编写运行测试(第二条命令因为获取信号量失败而进入休眠状态)互斥体实验(类似二值信号量会休眠)实验程序编写运行测试在上一章中我们学习了Linux 下的并发与竞争并且学习了四种常用的处理并发和竞争的机制原子操作、自旋锁、信号量和互斥体。本章我们就通过四个实验来学习如何在驱动中使用这四种机制。
原子操作实验
本实验对应的例程路径为开发板光盘- 2、Linux 驱动例程- 7_atomic。 本例程我们在第四十五章的gpioled.c 文件基础上完成。在本节使用中我们使用原子操作来实现对LED 这个设备的互斥访问也就是一次只允许一个应用程序可以使用LED 灯。
实验程序编写
1、修改设备树文件 因为本章实验是在第四十五章实验的基础上完成的因此不需要对设备树做任何的修改。
2、LED 驱动修改 本节实验在第四十五章实验驱动文件gpioled.c 的基础上修改而来。新建名为“7_atomic”的文件夹然后在7_atomic 文件夹里面创建vscode 工程工作区命名为“atomic”。将5_gpioled实验中的gpioled.c 复制到7_atomic 文件夹中并且重命名为atomic.c。本节实验重点就是使用atomic 来实现一次只能允许一个应用访问LED所以我们只需要在atomic.c 文件源码的基础上加上添加atomic 相关代码即可完成以后的atomic.c 文件内容如下所示
#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 asm/mach/map.h
#include asm/uaccess.h
#include asm/io.h
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : atomic.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : 原子操作实验使用原子变量来实现对实现设备的互斥访问
其他 : 无
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/7/18 左忠凯创建
***************************************************************/
#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 */atomic_t lock; /* 原子变量 */
};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)
{/* 通过判断原子变量的值来检查LED有没有被别的应用使用 */if (!atomic_dec_and_test(gpioled.lock)) {//V减1 不能使用驱动atomic_inc(gpioled.lock); /* 小于0的话就加1,使其原子变量等于0 */return -EBUSY; /* LED被使用返回忙 */}filp-private_data gpioled; /* 设置私有数据 */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;/* 关闭驱动文件的时候释放原子变量 就是加1 */atomic_inc(dev-lock);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 : 驱动出口函数* param : 无* return : 无*/
static int __init led_init(void)
{int ret 0;/* 初始化原子变量 */atomic_set(gpioled.lock, 1); /* 原子变量初始值为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(cant 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(cant 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(zuozhongkai);第42 行原子变量lock用来实现一次只能允许一个应用访问LED 灯led_init 驱动入口函数会将lock 的值设置为1。
第57~60 行每次调用open 函数打开驱动设备的时候先申请lock如果申请成功的话就表示LED 灯还没有被其他的应用使用如果申请失败就表示LED 灯正在被其他的应用程序使用。每次打开驱动设备的时候先使用atomic_dec_and_test 函数将lock减1如果atomic_dec_and_test 函数返回值为真就表示lock 当前值为0说明设备可以使用。如果atomic_dec_and_test 函数返回值为假就表示lock 当前值为负数(lock 值默认是1)lock 值为负数的可能性只有一个那就是其他设备正在使用LED。其他设备正在使用LED 灯那么就只能退出了在退出之前调用函数atomic_inc 将lock 加1因为此时lock 的值被减成了负数必须要对其加1将lock 的值变为0。
第120 行LED 灯使用完毕应用程序调用close 函数关闭的驱动文件led_release 函数执行调用atomic_inc 释放lcok也就是将lock加1。
第143 行初始化原子变量lock初始值设置为1这样每次就只允许一个应用使用LED灯。
3、编写测试APP 新建名为atomicApp.c 的测试APP在里面输入如下所示内容
#include stdio.h
#include unistd.h
#include sys/types.h
#include sys/stat.h
#include fcntl.h
#include stdlib.h
#include string.h
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : atomicApp.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : 原子变量测试APP测试原子变量能不能实现一次只允许一个应用程序使用LED。
其他 : 无
使用方法 ./atomicApp /dev/gpioled 0 关闭LED灯./atomicApp /dev/gpioled 1 打开LED灯
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/1/30 左忠凯创建
***************************************************************/#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];/* 打开beep驱动 */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;
}atomicApp.c 中的内容就是在第四十五章的ledAPP.c 的基础上修改而来的重点是加入了第63~68 行的模拟占用25 秒LED 的代码。测试x
运行测试(运行多个APP抢占资源)
1、编译驱动程序 编写Makefile 文件本章实验的Makefile 文件和第四十章实验基本一样只是将obj-m 变量的值改为atomic.oMakefile 内容如下所示
1 KERNELDIR : /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
......
4 obj-m : atomic.o
......
11 clean:
12 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M$(CURRENT_PATH) clean第4 行设置obj-m 变量的值为atomic.o。 输入如下命令编译出驱动模块文件
make -j32编译成功以后就会生成一个名为“atomic.ko”的驱动模块文件。 2、编译测试APP 输入如下命令编译测试atomicApp.c 这个测试程序
arm-linux-gnueabihf-gcc atomicApp.c -o atomicApp编译成功以后就会生成atomicApp 这个应用程序。 3、运行测试 将上一小节编译出来的atomic.ko 和atomicApp 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atomic.ko 驱动模块
depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe atomic.ko //加载驱动驱动加载成功以后就可以使用atomicApp 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atomicApp 这个软件
./atomicApp /dev/gpioled 1 //打开LED 灯输入上述命令以后观察开发板上的红色LED 灯是否点亮然后每隔5 秒都会输出一行“App running times ”如图48.1.2.1 所示 从图48.1.2.1 可以看出atomicApp 运行正常输出了“App running times:1”和“App running times:2”这就是模拟25S 占用说明atomicApp 这个软件正在使用LED 灯。此时再输入如下命令关闭LED 灯
./atomicApp /dev/gpioled 0 //关闭LED 灯输入上述命令以后会发现如图48.1.2.2 所示输入信息
从图48.1.2.2 可以看出打开/dev/gpioled 失败原因是在图48.1.2.1 中运行的atomicAPP软件正在占用/dev/gpioled如果再次运行atomicApp 软件去操作/dev/gpioled 肯定会失败。必须等待图48.1.2.1中的atomicApp 运行结束也就是25S 结束以后其他软件才能去操作/dev/gpioled。
这个就是采用原子变量实现一次只能有一个应用程序访问LED 灯。 如果要卸载驱动的话输入如下命令即可
rmmod atomic.ko自旋锁实验
上一节我们使用原子变量实现了一次只能有一个应用程序访问LED 灯本节我们使用自旋锁来实现此功能。在使用自旋锁之前先回顾一下自旋锁的使用注意事项
①、自旋锁保护的临界区要尽可能的短因此在open 函数中申请自旋锁然后在release 函数中释放自旋锁的方法就不可取。我们可以使用一个变量来表示设备的使用情况如果设备被使用了那么变量就加一设备被释放以后变量就减1我们只需要使用自旋锁保护这个变量即可。 ②、考虑驱动的兼容性合理的选择API 函数。
综上所述在本节例程中我们通过定义一个变量dev_stats 表示设备的使用情况dev_stats为0 的时候表示设备没有被使用dev_stats 大于0 的时候表示设备被使用。驱动open 函数中先判断dev_stats 是否为0也就是判断设备是否可用如果为0 的话就使用设备并且将dev_stats加1表示设备被使用了。使用完以后在release 函数中将dev_stats 减1表示设备没有被使用了。因此真正实现设备互斥访问的是变量dev_stats但是我们要使用自旋锁对dev_stats 来做保护。
实验程序编写
1、修改设备树文件 本章实验是在上一节实验的基础上完成的同样不需要对设备树做任何的修改。
2、LED 驱动修改 本节实验在第上一节实验驱动文件atomic.c 的基础上修改而来。新建名为“8_spinlock”的文件夹然后在8_spinlock 文件夹里面创建vscode 工程工作区命名为“spinlock”。将7_atomic实验中的atomic.c 复制到8_spinlock 文件夹中并且重命名为spinlock.c。将原来使用atomic 的地方换为spinlock 即可其他代码不需要修改完成以后的spinlock.c 文件内容如下所示(有省 略)
#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 asm/mach/map.h
#include asm/uaccess.h
#include asm/io.h
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : spinlock.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : 自旋锁实验使用自旋锁来实现对实现设备的互斥访问
其他 : 无
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/7/18 左忠凯创建
***************************************************************/
#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 */int dev_stats; /* 设备使用状态0设备未使用;0,设备已经被使用 */spinlock_t lock; /* 自旋锁 */
};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)
{unsigned long flags;filp-private_data gpioled; /* 设置私有数据 */spin_lock_irqsave(gpioled.lock, flags); /* 上锁 */if (gpioled.dev_stats) { /* 如果设备被使用了 大于1 */spin_unlock_irqrestore(gpioled.lock, flags);/* 解锁 */return -EBUSY;}gpioled.dev_stats; /* 如果设备没有打开那么就标记已经被使用了 */spin_unlock_irqrestore(gpioled.lock, flags);/* 解锁 */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)
{unsigned long flags;struct gpioled_dev *dev filp-private_data;/* 关闭驱动文件的时候将dev_stats减1 */spin_lock_irqsave(dev-lock, flags); /* 上锁 */if (dev-dev_stats) {dev-dev_stats--;}spin_unlock_irqrestore(dev-lock, flags);/* 解锁 */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;/* 初始化自旋锁 */spin_lock_init(gpioled.lock);/* 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(cant 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(cant 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(zuozhongkai);第43 行dev_stats 表示设备状态如果为0 的话表示设备还没有被使用如果大于0 的话就表示设备已经被使用了。
第44 行定义自旋锁变量lock。
第61~67 行使用自旋锁实现对设备的互斥访问第61 行调用spin_lock_irqsave 函数获取锁为了考虑到驱动兼容性这里并没有使用spin_lock 函数来获取锁。第62 行判断dev_stats 是否大于0如果是的话表示设备已经被使用了那么就调用spin_unlock_irqrestore函数释放锁并且返回-EBUSY。如果设备没有被使用的话就在第66 行将dev_stats 加1表示设备要被使用了然后调用spin_unlock_irqrestore 函数释放锁。 自旋锁的工作就是保护dev_stats 变量真正实现对设备互斥访问的是变量dev_stats。
第126~131 行在release 函数中将dev_stats 减1表示设备被释放了可以被其他的应用程序使用。将dev_stats 减1 的时候需要自旋锁对其进行保护。
第155 行在驱动入口函数led_init 中调用spin_lock_init 函数初始化自旋锁。
3、编写测试APP
测试APP 使用48.1.1 小节中的atomicApp.c 即可将7_atomic 中的atomicApp.c 文件到本例程中并将atomicApp.c 重命名为spinlockApp.c 即可。
运行测试
1、编译驱动程序 编写Makefile 文件本章实验的Makefile 文件和第四十章实验基本一样只是将obj-m 变量的值改为spinlock.oMakefile 内容如下所示
KERNELDIR : /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
CURRENT_PATH : $(shell pwd)obj-m : spinlock.obuild: kernel_moduleskernel_modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M$(CURRENT_PATH) modulesclean:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M$(CURRENT_PATH) clean第4 行设置obj-m 变量的值为spinlock.o。 输入如下命令编译出驱动模块文件
make -j32编译成功以后就会生成一个名为“spinlock.ko”的驱动模块文件。 2、编译测试APP 输入如下命令编译测试spinlockApp.c 这个测试程序
arm-linux-gnueabihf-gcc spinlockApp.c -o spinlockApp编译成功以后就会生成spinlockApp 这个应用程序。 3、运行测试 将上一小节编译出来的spinlock.ko 和spinlockApp 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spinlock.ko 驱动模块
depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe spinlock.ko //加载驱动驱动加载成功以后就可以使用spinlockApp 软件测试驱动是否工作正常测试方法和48.1.2小节中一样先输入如下命令让spinlockAPP 软件模拟占用25S 的LED 灯
./spinlockApp /dev/gpioled 1 //打开LED 灯紧接着再输入如下命令关闭LED 灯
./spinlockApp /dev/gpioled 0 //关闭LED 灯看一下能不能关闭LED 灯驱动正常工作的话并不会马上关闭LED 灯会提示你“file /dev/gpioled open failed!”必须等待第一个spinlockApp 软件运行完成(25S 计时结束)才可以再次操作LED 灯。
如果要卸载驱动的话输入如下命令即可
rmmod spinlock.ko信号量实验
本节我们来使用信号量实现了一次只能有一个应用程序访问LED 灯信号量可以导致休眠因此信号量保护的临界区没有运行时间限制可以在驱动的open 函数申请信号量然后在release 函数中释放信号量。但是信号量不能用在中断中本节实验我们不会在中断中使用信号量。
实验程序编写
1、修改设备树文件 本章实验是在上一节实验的基础上完成的同样不需要对设备树做任何的修改。
2、LED 驱动修改 本节实验在第上一节实验驱动文件spinlock.c 的基础上修改而来。新建名为“9_semaphore”的文件夹然后在9_semaphore 文件夹里面创建vscode 工程工作区命名为“semaphore”。将8_spinlock 实验中的spinlock.c 复制到9_semaphore 文件夹中并且重命名为semaphore.c。将原来使用到自旋锁的地方换为信号量即可其他的内容基本不变完成以后的semaphore.c 文件内容如下所示(有省略)
#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
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : semaphore.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : 信号量实验使用信号量来实现对实现设备的互斥访问
其他 : 无
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/7/18 左忠凯创建
***************************************************************/
#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 0down(gpioled.sem); /* 不能被信号打断 */
#endifreturn 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(cant 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(cant 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(zuozhongkai);第14 行要使用信号量必须添加linux/semaphore.h头文件。
第43 行在设备结构体中添加一个信号量成员变量sem。
第60~65 行在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。如果信号量值大于等于1 就表示可用那么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。
第123 行在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。
第147 行在驱动入口函数中调用sema_init 函数初始化信号量sem 的值为1相当于sem是个二值信号量。
总结一下当信号量sem 为1 的时候表示LED 灯还没有被使用如果应用程序A 要使用LED 灯先调用open 函数打开/dev/gpioled这个时候会获取信号量sem获取成功以后sem 的值减1 变为0。如果此时应用程序B 也要使用LED 灯调用open 函数打开/dev/gpioled 就会因为信号量无效(值为0)而进入休眠状态。当应用程序A 运行完毕调用close 函数关闭/dev/gpioled 的时候就会释放信号量sem此时信号量sem 的值就会加1变为1。信号量sem 再次有效表示其他应用程序可以使用LED 灯了此时在休眠状态的应用程序B 就会获取到信号量sem获取成功以后就开始使用LED 灯。
3、编写测试APP 测试APP 使用48.1.1 小节中的atomicApp.c 即可将7_atomic 中的atomicApp.c 文件到本例程中并将atomicApp.c 重命名为semaApp.c 即可。
运行测试(第二条命令因为获取信号量失败而进入休眠状态)
1、编译驱动程序 编写Makefile 文件本章实验的Makefile 文件和第四十章实验基本一样只是将obj-m 变量的值改为semaphore.oMakefile 内容如下所示
KERNELDIR : /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
CURRENT_PATH : $(shell pwd)obj-m : semaphore.obuild: kernel_moduleskernel_modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M$(CURRENT_PATH) modulesclean:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M$(CURRENT_PATH) clean第4 行设置obj-m 变量的值为semaphore.o。 输入如下命令编译出驱动模块文件
make -j32编译成功以后就会生成一个名为“semaphore.ko”的驱动模块文件。 2、编译测试APP
输入如下命令编译测试semaApp.c 这个测试程序
arm-linux-gnueabihf-gcc semaApp.c -o semaApp编译成功以后就会生成semaApp 这个应用程序。 3、运行测试 将上一小节编译出来的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测试方法和48.1.2 小 节中一样先输入如下命令让semaApp 软件模拟占用25S 的LED 灯
./ semaApp /dev/gpioled 1 //打开LED 灯紧接着再输入如下命令关闭LED 灯
./ semaApp /dev/gpioled 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 灯关闭运行结果如图48.3.2.1 所示
如果要卸载驱动的话输入如下命令即可
rmmod semaphore.ko互斥体实验(类似二值信号量会休眠)
前面我们使用原子操作、自旋锁和信号量实现了对LED 灯的互斥访问但是最适合互斥的就是互斥体mutex 了。本节我们来学习一下如何使用mutex 实现对LED 灯的互斥访问。
实验程序编写
1、修改设备树文件 本章实验是在上一节实验的基础上完成的同样不需要对设备树做任何的修改。 2、LED 驱动修改 本节实验在第上一节实验驱动文件semaphore.c 的基础上修改而来。新建名为“10_mutex”的文件夹然后在10_mutex 文件夹里面创建vscode 工程工作区命名为“mutex”。将9_semaphore实验中的semaphore.c 复制到10_mutex 文件夹中并且重命名为mutex.c。将原来使用到信号量的地方换为mutex 即可其他的内容基本不变完成以后的mutex.c 文件内容如下所示(有省略)
#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
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : mutex.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : 互斥体实验使用互斥体来实现对实现设备的互斥访问
其他 : 无
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/7/18 左忠凯创建
***************************************************************/
#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 mutex lock; /* 互斥体 */
};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 *//* 获取互斥体,可以被信号打断 */if (mutex_lock_interruptible(gpioled.lock)) {return -ERESTARTSYS;}
#if 0mutex_lock(gpioled.lock); /* 不能被信号打断 */
#endifreturn 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;/* 释放互斥锁 */mutex_unlock(dev-lock);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;/* 初始化互斥体 */mutex_init(gpioled.lock);/* 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(cant 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(cant 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(zuozhongkai);
第43 行定义互斥体lock。 第60~65 行在open 函数中调用mutex_lock_interruptible 或者mutex_lock 获取mutex成功的话就表示可以使用LED 灯失败的话就会进入休眠状态和信号量一样。 第124 行在release 函数中调用mutex_unlock 函数释放mutex这样其他应用程序就可以获取mutex 了。 第148 行在驱动入口函数中调用mutex_init 初始化mutex。
互斥体和二值信号量类似只不过互斥体是专门用于互斥访问的。
3、编写测试APP 测试APP 使用48.1.1 小节中的atomicApp.c 即可将7_atomic 中的atomicApp.c 文件到本例程中并将atomicApp.c 重命名为mutexApp.c 即可。
运行测试
1、编译驱动程序 编写Makefile 文件本章实验的Makefile 文件和第四十章实验基本一样只是将obj-m 变量的值改为mutex.oMakefile 内容如下所示
KERNELDIR : /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
CURRENT_PATH : $(shell pwd)obj-m : mutex.obuild: kernel_moduleskernel_modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M$(CURRENT_PATH) modulesclean:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M$(CURRENT_PATH) clean第4 行设置obj-m 变量的值为mutex.o。 输入如下命令编译出驱动模块文件
make -j32编译成功以后就会生成一个名为“mutex.ko”的驱动模块文件。
2、编译测试APP 输入如下命令编译测试mutexApp.c 这个测试程序
arm-linux-gnueabihf-gcc mutexApp.c -o mutexApp编译成功以后就会生成mutexApp 这个应用程序。 3、运行测试 将上一小节编译出来的mutex.ko 和mutexApp 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mutex.ko 驱动模块
depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe mutex.ko //加载驱动驱动加载成功以后就可以使用mutexApp 软件测试驱动是否工作正常测试方法和48.3.2中测试信号量的方法一样。
如果要卸载驱动的话输入如下命令即可
rmmod mutex.ko
