驅動02.按鍵

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一.以查詢方式實現 1.寫出驅動框架 1.1 仿照其他程式加一些必要的頭文件 1.2 構造一個結構體file_operations 1.3 根據file_operations的所選項寫出所需的函數，並構建出來 1.4 入口函數、出口函數的註冊和卸載 1.5 修飾入口函數和出口函數 1.6 給sysf ...


一.以查詢方式實現

1.寫出驅動框架
　　1.1 仿照其他程式加一些必要的頭文件
　　1.2 構造一個結構體file_operations
　　1.3 根據file_operations的所選項寫出所需的函數，並構建出來
　　1.4 入口函數、出口函數的註冊和卸載
　　1.5 修飾入口函數和出口函數
　　1.6 給sysfs提供更多的信息，並有udev機制自動創建/dev/xxx設備節點
2.硬體操作
　　2.1 sch原理圖
　　2.2 2440手冊
　　2.3 編程：物理地址到虛擬地址的映射

  1 /*
  2   *以查詢的方式實現按鍵驅動程式
  3   */
  4 
  5 #include <linux/module.h>
  6 #include <linux/kernel.h>
  7 #include <linux/fs.h>
  8 #include <linux/init.h>
  9 #include <linux/delay.h>
 10 #include <asm/uaccess.h>
 11 #include <asm/irq.h>
 12 #include <asm/io.h>
 13 #include <asm/arch/regs-gpio.h>
 14 #include <asm/hardware.h>
 15 
 16 
 17 static struct class *g_ptSeconddrvCls;
 18 static struct class_device *g_ptSeconddrvClsDev;
 19 
 20 volatile unsigned long *gpfcon;
 21 volatile unsigned long *gpfdat;
 22 
 23 volatile unsigned long *gpgcon;
 24 volatile unsigned long *gpgdat;
 25 
 26 static int seconddrv_open(struct inode *inode, struct file *file)
 27 {
 28     /* 配置GPF0,2為輸入引腳 */
 29     *gpfcon &= ~((0x3<<(0*2)) | (0x3<<(2*2)));
 30 
 31     /* 配置GPG3,11為輸入引腳 */
 32     *gpgcon &= ~((0x3<<(3*2)) | (0x3<<(11*2)));
 33 
 34     return 0;
 35 }
 36 
 37 static ssize_t seconddrv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
 38 {
 39     /* 返回4個引腳的電平 */
 40     unsigned char key_vals[4];
 41     int regval;
 42 
 43     if (size != sizeof(key_vals))
 44         return -EINVAL;
 45 
 46     /* 讀GPF0,2 */
 47     regval = *gpfdat;
 48     key_vals[0] = (regval & (1<<0)) ? 1 : 0;
 49     key_vals[1] = (regval & (1<<2)) ? 1 : 0;
 50     
 51 
 52     /* 讀GPG3,11 */
 53     regval = *gpgdat;
 54     key_vals[2] = (regval & (1<<3)) ? 1 : 0;
 55     key_vals[3] = (regval & (1<<11)) ? 1 : 0;
 56 
 57     copy_to_user(buf, key_vals, sizeof(key_vals));
 58     
 59     return sizeof(key_vals);
 60 }
 61 
 62 static struct file_operations seconddrv_fops = {
 63     .owner = THIS_MODULE,
 64     .open   = seconddrv_open,     
 65     .read   =    seconddrv_read,
 66 };
 67 
 68 
 69 int g_iMajor;
 70 static int seconddrv_init(void)
 71 {
 72     g_iMajor = register_chrdev(0, "second_drv", &seconddrv_fops);
 73 
 74     g_ptSeconddrvCls = class_create(THIS_MODULE, "second_drv");
 75 
 76     g_ptSeconddrvClsDev = class_device_create(g_ptSeconddrvCls, NULL, MKDEV(g_iMajor, 0), NULL, "buttons"); /* /dev/buttons */
 77 
 78     gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16);
 79     gpfdat = gpfcon + 1;
 80 
 81     gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16);
 82     gpgdat = gpgcon + 1;
 83 
 84     return 0;
 85 }
 86 
 87 static int seconddrv_exit(void)
 88 {
 89     unregister_chrdev(g_iMajor, "second_drv");
 90     class_device_unregister(g_ptSeconddrvClsDev);
 91     class_destroy(g_ptSeconddrvCls);
 92     iounmap(gpfcon);
 93     iounmap(gpgcon);
 94     return 0;
 95 }
 96 
 97 module_init(seconddrv_init);
 98 
 99 module_exit(seconddrv_exit);
100 MODULE_LICENSE("GPL");
查詢方式的按鍵驅動程式
 
 1 #include <sys/types.h>
 2 #include <sys/stat.h>
 3 #include <fcntl.h>
 4 #include <stdio.h>
 5 
 6 /* 2nddrvtest 
 7   */
 8 int main(int argc, char **argv)
 9 {
10     int fd;
11     unsigned char key_vals[4];
12     int cnt = 0;
13     
14     fd = open("/dev/buttons", O_RDWR);
15     if (fd < 0)
16     {
17         printf("can't open!\n");
18     }
19 
20     while (1)
21     {
22         read(fd, key_vals, sizeof(key_vals));
23         if (!key_vals[0] || !key_vals[1] || !key_vals[2] || !key_vals[3])
24         {
25             printf("%04d key pressed: %d %d %d %d\n", cnt++, key_vals[0], key_vals[1], key_vals[2], key_vals[3]);
26         }
27     }
28     
29     return 0;
30 }
測試程式

 二、使用中斷方式實現按鍵驅動程式

使用查詢方式實現時，程式一直占用CPU資源，CPU利用率低。

改進的辦法：使用中斷的方式實現

1.linux中斷異常體系分析

　　1.1 異常向量的設置trap_init()
    trap_init被用來設置各種異常的處理向量，trap_init函數將異常向量複製到0xffff0000處
    trap_init
        memcpy((void *)vectors, __vectors_start, __vectors_end - __vectors_start);
            vector_irq
                vector_stub（巨集）//計算返回地址，保存一些寄存器
                    __irq_usr     //根據被中斷的工作模式進入相應的某個跳轉分支->進入管理模式
                        usr_entry(巨集)//保存一些寄存器的值
                            .maro irq_handler（巨集）
                                asm_do_IRQ //異常處理函數
　　1.2 異常處理函數asm_do_IRQ
　　asm_do_IRQ
    　　定義了一個結構體數組desc[NR_IRQS]
       　　 irq_enter
        　　desc_handle_irq：desc->handle_irq
        
　　1.3 結構數組desc[NR_IRQS]的構建    
　　s3c24xx_init_irq
    　　set_irq_chip    //chip=s3c_irq_eint0t4，可設置觸發方式，使能中斷，禁止中斷等底層晶元相關的操作
    　　set_irq_flags
    　　set_irq_handler(irqno, handle_edge_irq)//handle_irq=handle_edge_irq
       　　 __set_irq_handler
            　　desc_handle_irq
　　

　　中斷處理函數handle_edge_irq
　　　　handle_edge_irq
    　　　　desc->chip->ack(irq)//清中斷
    　　　　handle_IRQ_event//取出action鏈表中的成員，執行action->handler
　　1.4 用戶註冊中斷處理函數的過程request_irq
　　request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,unsigned long irqflags, const char *devname, void *dev_id)
        　　//用戶通過request_irq向內核註冊中斷處理函數：a.分配了irqaction結構b.調用setup_irq函數
    　　setup_irq(irq,action)//將新建的irqaction結構鏈入irq_desc[irq]結構的action鏈表中P405
    　　desc->chip->settype//定義引腳為中斷引腳
    　　desc->chip->startup/enable//引腳使能
　　1.5 free_irq(irq,dev_id)//卸載中斷服務程式
   　　 a.出鏈
    　　b.禁止中斷

　　1.6 總結：handle_irq是這個中斷的處理函數入口，發生中斷時，總入口函數asm_do_IRQ函數將根據中斷號調用相應irq_desc數組項的handle_irq。handle_irq使用chip結構體中的函數來清除、屏蔽或者重新enable中斷，還一一調用用戶在action鏈表中註冊的中斷處理函數。

2.編寫代碼

  1 /*
  2   *用中斷方式實現按鍵驅動程式
  3   */
  4 
  5 #include <linux/module.h>
  6 #include <linux/kernel.h>
  7 #include <linux/fs.h>
  8 #include <linux/init.h>
  9 #include <linux/delay.h>
 10 #include <linux/irq.h>
 11 #include <asm/uaccess.h>
 12 #include <asm/irq.h>
 13 #include <asm/io.h>
 14 #include <asm/arch/regs-gpio.h>
 15 #include <asm/hardware.h>
 16 
 17 
 18 static struct class *g_ptThirddrvCls;
 19 static struct class_device *g_ptThirddrvClsDev;
 20 
 21 volatile unsigned long *gpfcon;
 22 volatile unsigned long *gpfdat;
 23 
 24 volatile unsigned long *gpgcon;
 25 volatile unsigned long *gpgdat;
 26 
 27 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);
 28 
 29 /* 中斷事件標誌, 中斷服務程式將它置1，third_drv_read將它清0 */
 30 static volatile int ev_press = 0;
 31 
 32 struct pin_desc{
 33     unsigned int pin;
 34     unsigned int key_val;
 35 };
 36 
 37 static unsigned char key_val;
 38 
 39 struct pin_desc pins_desc[4] = {
 40     {S3C2410_GPF0, 0x01},
 41     {S3C2410_GPF2, 0x02},
 42     {S3C2410_GPG3, 0x03},
 43     {S3C2410_GPG11, 0x04},
 44 };
 45 
 46 
 47 /*
 48   * 確定按鍵值
 49   */
 50 static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)
 51 {
 52     struct pin_desc * pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;
 53     unsigned int pinval;
 54     
 55     pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);
 56 
 57     if (pinval)
 58     {
 59         /* 鬆開 */
 60         key_val = 0x80 | pindesc->key_val;
 61     }
 62     else
 63     {
 64         /* 按下 */
 65         key_val = pindesc->key_val;
 66     }
 67 
 68     ev_press = 1;                  /* 表示中斷發生了 */
 69     wake_up_interruptible(&button_waitq);   /* 喚醒休眠的進程 */
 70 
 71     
 72     return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
 73 }
 74 
 75 static int thirddrv_open(struct inode *inode, struct file *file)
 76 {
 77     request_irq(IRQ_EINT0,  buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S2", &pins_desc[0]);
 78     request_irq(IRQ_EINT2,  buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S3", &pins_desc[1]);
 79     request_irq(IRQ_EINT11, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S4", &pins_desc[2]);
 80     request_irq(IRQ_EINT19, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S5", &pins_desc[3]);    
 81 
 82     return 0;
 83 }
 84 
 85 static ssize_t thirddrv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
 86 {
 87     
 88     if (size != 1)
 89         return -EINVAL;
 90 
 91     /* 如果沒有按鍵動作, 休眠 */
 92     wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);
 93 
 94     /* 如果有按鍵動作, 返回鍵值 */
 95     copy_to_user(buf, &key_val, 1);
 96     ev_press = 0;
 97     
 98     return 1;
 99 }
100 
101 static int thirddrv_close (struct inode * inode, struct file * file)
102 {
103     free_irq(IRQ_EINT0,&pins_desc[0]);
104     free_irq(IRQ_EINT2,&pins_desc[1]);
105     free_irq(IRQ_EINT11,&pins_desc[2]);
106     free_irq(IRQ_EINT19,&pins_desc[3]);
107 
108     return 0;
109 }
110 
111 static struct file_operations thirddrv_fops = {
112     .owner = THIS_MODULE,
113     .open   = thirddrv_open,     
114     .read   =    thirddrv_read,
115     .release = thirddrv_close,
116 };
117 
118 
119 int g_iMajor;
120 static int thirddrv_init(void)
121 {
122     g_iMajor = register_chrdev(0, "third_drv", &thirddrv_fops);
123 
124     g_ptThirddrvCls = class_create(THIS_MODULE, "third_drv");
125 
126     g_ptThirddrvClsDev = class_device_create(g_ptThirddrvCls, NULL, MKDEV(g_iMajor, 0), NULL, "buttons"); /* /dev/buttons */
127 
128     gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16);
129     gpfdat = gpfcon + 1;
130 
131     gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16);
132     gpgdat = gpgcon + 1;
133 
134     return 0;
135 }
136 
137 static int thirddrv_exit(void)
138 {
139     unregister_chrdev(g_iMajor, "third_drv");
140     class_device_unregister(g_ptThirddrvClsDev);
141     class_destroy(g_ptThirddrvCls);
142     iounmap(gpfcon);
143     iounmap(gpgcon);
144     return 0;
145 }
146 
147 module_init(thirddrv_init);
148 
149 module_exit(thirddrv_exit);
150 MODULE_LICENSE("GPL");
驅動程式 
 1 #include <sys/types.h>
 2 #include <sys/stat.h>
 3 #include <fcntl.h>
 4 #include <stdio.h>
 5 #include <unistd.h>
 6 
 7 /* thirddrvtest 
 8   */
 9 int main(int argc, char **argv)
10 {
11     int fd;
12     unsigned char key_val;
13     
14     fd = open("/dev/buttons", O_RDWR);
15     if (fd < 0)
16     {
17         printf("can't open!\n");
18     }
19 
20     while (1)
21     {
22         //read(fd, &key_val, 1);
23         //printf("key_val = 0x%x\n", key_val);
24         sleep(5);
25     }
26     
27     return 0;
28 }
測試程式

三、在上述基礎上添加poll機制

　　雖然我們實現了中斷式的按鍵驅動，但是我們發覺，測試程式是一個無限的迴圈。在實際應用中並不存在這樣的情況，所以我們要進一步優化——poll機制。

1.poll機制的分析

1.1 函數原型

int poll(struct pollfd *fds,nfds_t nfds, int timeout)
//Poll機制會判斷fds中的文件是否可讀，如果可讀則會立即返回，返回的值就是可讀fd的數量，如果不可讀，那麼就進程就會
休眠timeout這麼長的時間，然後再來判斷是否有文件可讀，如果有，返回fd的數量，如果沒有，則返回0.  
1.2 poll機制在內核實現分析：
應用程式調用poll
    sys_poll
        do_sys_poll
            poll_initwait(&table)//table->pt->qproc = qproc = __pollwait
            do_poll(nfds, head, &table, timeout)
                for (;;) {
                if (do_pollfd(pfd, pt)) {     //return mask;mask=file->f_op->poll(file,pwait)
                    count++;
                    pt = NULL;
                    }
                if (count || !*timeout || signal_pending(current))
                        break;//break的條件是：count非0，超時，有信號在等待處理
                    __timeout = schedule_timeout(__timeout)//休眠
                    }
1.3 總結
①poll > sys_poll > do_sys_poll >poll_initwait，poll_initwait函數註冊一下回調函數__pollwait，它就是我們的驅動程式執行poll_wait時，真正被調用的函數。
②接下來執行file->f_op->poll，即我們驅動程式里自己實現的poll函數它會調用poll_wait把自己掛入某個隊列，這個隊列也是我們的驅動自己定義的；它還判斷一下設備是否就緒。
③如果設備未就緒，do_sys_poll里會讓進程休眠一定時間，這個時間是應用提供的“超時時間”
④進程被喚醒的條件有2：一是上面說的“一定時間”到了，二是被驅動程式喚醒。驅動程式發現條件就緒時，就把“某個隊列”上掛著的進程喚醒，這個隊列，就是前面通過poll_wait把本進程掛過去的隊列。
⑤如果驅動程式沒有去喚醒進程，那麼schedule_timeout(__timeout)超時後，會重覆2、3動作1
次，然後返回。

 2.寫代碼
①在測試程式中加入以下代碼
while (1)
    {
        ret = poll(fds, 1, 5000);
        if (ret == 0)
        {
            printf("time out\n");
        }
int main（）
{
    int ret;
    struct pollfd fds[1]
}
②在file_operations中增加一行
.poll    =  forth_drv_poll
③寫函數forth_drv_poll
forth_drv_poll
    poll_wait
        p->qproc(file,wait_address,p)//相當於調用了__pollwait(file,&button_waitq,p)
                                        //把當前進程掛到button_waitq隊列里去
④在增加如下代碼
if (ev_press)
        mask |= POLLIN | POLLRDNORM;

  1 /*
  2   *使用poll 機制實現按鍵驅動程式
  3   */
  4 
  5 #include <linux/module.h>
  6 #include <linux/kernel.h>
  7 #include <linux/fs.h>
  8 #include <linux/init.h>
  9 #include <linux/delay.h>
 10 #include <linux/irq.h>
 11 #include <asm/uaccess.h>
 12 #include <asm/irq.h>
 13 #include <asm/io.h>
 14 #include <asm/arch/regs-gpio.h>
 15 #include <asm/hardware.h>
 16 
 17 
 18 static struct class *g_ptForthdrvCls;
 19 static struct class_device *g_ptForthdrvClsDev;
 20 
 21 volatile unsigned long *gpfcon;
 22 volatile unsigned long *gpfdat;
 23 
 24 volatile unsigned long *gpgcon;
 25 volatile unsigned long *gpgdat;
 26 
 27 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);
 28 
 29 /* 中斷事件標誌, 中斷服務程式將它置1，forth_drv_read將它清0 */
 30 static volatile int ev_press = 0;
 31 
 32 struct pin_desc{
 33     unsigned int pin;
 34     unsigned int key_val;
 35 };
 36 
 37 static unsigned char key_val;
 38 
 39 struct pin_desc pins_desc[4] = {
 40     {S3C2410_GPF0, 0x01},
 41     {S3C2410_GPF2, 0x02},
 42     {S3C2410_GPG3, 0x03},
 43     {S3C2410_GPG11, 0x04},
 44 };
 45 
 46 
 47 /*
 48   * 確定按鍵值
 49   */
 50 static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)
 51 {
 52     struct pin_desc * pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;
 53     unsigned int pinval;
 54     
 55     pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);
 56 
 57     if (pinval)
 58     {
 59         /* 鬆開 */
 60         key_val = 0x80 | pindesc->key_val;
 61     }
 62     else
 63     {
 64         /* 按下 */
 65         key_val = pindesc->key_val;
 66     }
 67 
 68     ev_press = 1;                  /* 表示中斷發生了 */
 69     wake_up_interruptible(&button_waitq);   /* 喚醒休眠的進程 */
 70 
 71     
 72     return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
 73 }
 74 
 75 static int forthdrv_open(struct inode *inode, struct file *file)
 76 {
 77     request_irq(IRQ_EINT0,  buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S2", &pins_desc[0]);
 78     request_irq(IRQ_EINT2,  buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S3", &pins_desc[1]);
 79     request_irq(IRQ_EINT11, buttons_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S4", &pins_desc[2
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