Linux驱动修炼之道-按键

哈尔滨理工大学软件工程专业08-7李万鹏原创作品，转载请标明出处

http://blog.csdn.net/woshixingaaa/archive/2011/04/02/6299363.aspx

按键程序使用了驱动的很多知识。有中断，阻塞，等待队列，linux设备驱动模型等。
使用中断处理的步骤是：

1. 向内核注册中断
2. 实现中断处理函数。

安装中断的函数是：

int request_irq(unsigned int irq,
		irqreturn_t (*handler) (int, void*, struct pt_regs *),
		unsigned long flags,
		const char *dev_name,
		void *dev_id);

释放的函数：

void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);

这里主要是申请中断信号线，这是一个非常宝贵的资源。request_irq中的参数dev_id用于共享中断信号线的时候，因为需要中断处理的设备肯定比中断信号线多的，所以一旦某一个触发了中断，内核需要在这条中断线上寻找发生中断的设备，由于大家使用的中断号是一样的，所以通过dev_id来识别，dev_id是唯一的。使用完要注意释放着宝贵的资源。从下边的程序可以看到注册中断是在open的时候，为什么不在注册模块的函数中呢，因为如果是在注册函数中除非卸载模块，这样这个驱动会一直占用中断号，而自己可能不用，这样就白白浪费了宝贵的资源。
中断处理的函数原型是:

irqreturn_t (*handler) (int, void*, struct pt_regs *)；

第一个参数是irq，第二个是dev_id，第三个是struct pt_reg *regs，很少用，它保存了处理器进入中断代码之前的处理器上下文快照。注意返回值，如果处理程序发现其设备的确需要处理，则应返回IRQ_HANDLED；否则，返回值应该是IRQ_NONE。

在读取的时候使用的是阻塞机制，也就是说如果用户程序获得不到数据，就阻塞。此时那个进程进入休眠状态，被CPU的调度器从运行队列搬到等待队列。Linux内核中阻塞是通过等待队列来实现的。在Linux中，一个等待队列通过一个“等待队列头(wait queue head)”来管理。等待队列头是一个类型为wait_queue_head_t的结构体，定义在<linux/wait.h>中。

可通过如下方法静态定义并初始化一个等待队列:

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(name);

或者用动态的方法：

wait_queue_head_t my_queue;
init_waitqueue_head(&my_queue);

Linux内核中的休眠方式是使用wait_event宏,如下：

wait_event(queue,condition);
wait_event_interruptible(queue,condition);
wait_event_timeout(queue,condition,timeout);
wait_event_interruptible_timeout(queue,condition,timeout);

queue是等待队列头，condition是等待条件。如果condition为0，则进行阻塞；否则，不阻塞。wait_event_interruptible宏与wait_event宏的区别是wait_event_interruptible是可以被信号中断的。当进程休眠时，它将期待某个条件在未来成为真；当一个进程被唤醒时，它必须再次检测它所等待的条件的确为真。
用来唤醒等待队列的函数：

void wake_up(wait_queue_head_t *queue);
void wake_up_interruptible(wait_queue_head_t *queue);

wake_up会唤醒等待在给定queue上的所有进程。wake_up_interruptible只会唤醒那些执行可中断休眠的进程。

#include <linux/fs.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/types.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/irq.h>
#include <linux/irq.h>
#include <mach/hardware.h>
#include <linux/slab.h>
#define key_major 234
#define key_minor 0

dev_t dev_num;
struct cdev * keyp;
struct class *key_class;
#define DEVICE_NAME "key_driver"
volatile int press_cnt[] = {0,0,0,0};
volatile bool ev_press = 0;
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(key_wait);

struct irq_key_descriptor{
	unsigned int irq;
	unsigned int flags;
	const char *dev_name;
};

struct irq_key_descriptor key_irq[] = {
	{IRQ_EINT0,IRQF_DISABLED,"key0"},
	{IRQ_EINT2,IRQF_DISABLED,"key1"},
};

irqreturn_t key_interrupt(int irq, void *dev_id){
	volatile int *press_cnt = (volatile int *)dev_id;
	*press_cnt = *press_cnt + 1;
	ev_press = 1;
	wake_up_interruptible(&key_wait);
	return IRQ_HANDLED;
}

int key_open(struct inode *inode, struct file *filp){
	int i;
	unsigned long err;
	for(i = 0; i < sizeof(key_irq)/sizeof(key_irq[0]); i++){
		err = request_irq(key_irq[i].irq, key_interrupt,key_irq[i].flags,key_irq[i].dev_name,(void*)&press_cnt[i]);
		if(err)
			break;
	}
	if(err){
		i--;
		for(;i>=0;i--)
			free_irq(key_irq[i].irq,(void*)&press_cnt[i]);
		return -EBUSY;
	}
	return 0;
}

int key_close(struct inode *inode, struct file *filp){
	int i;
 	for(i = 0; i < sizeof(key_irq)/sizeof(key_irq[0]); i++){
		free_irq(key_irq[i].irq,(void*)&press_cnt[i]);
	}
	return 0;
}

ssize_t key_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count , loff_t * offp){
	unsigned long err;
	wait_event_interruptible(key_wait, ev_press);
	ev_press = 0;
	err = copy_to_user(buf,(const void *) press_cnt,count);
	memset((void*)press_cnt, 0, sizeof(press_cnt));
	return err?-EFAULT:0;
}

struct file_operations key_ops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = key_open,
	.release = key_close,
	.read = key_read,
};

void key_cdev_setup(void){
	int err;
	cdev_init(keyp,&key_ops);
	keyp->owner = THIS_MODULE;
	keyp->ops = &key_ops; 
	err = cdev_add(keyp,dev_num,1);
	if(IS_ERR(&err))
		printk(KERN_NOTICE "Error %d adding key_driver",err);
}

static int __init keyp_init(void){
	int ret;
	if(key_major){
		dev_num = MKDEV(key_major, key_minor);
		ret = register_chrdev_region(dev_num, 1, DEVICE_NAME);		
	}else{
		ret = alloc_chrdev_region(&dev_num, key_minor, 1, DEVICE_NAME);
	}	
	if(ret < 0){
		printk(KERN_WARNING "key: can't get major %d\n",key_major);
		return ret;
	}
	keyp = kmalloc(sizeof(struct cdev), GFP_KERNEL);
	if(!keyp){
		ret = -ENOMEM;
	}
	memset(keyp,0,sizeof(struct cdev));
	key_cdev_setup();
	key_class = class_create(THIS_MODULE,DEVICE_NAME);
	if(IS_ERR(key_class)){
		printk("Error:Failed to create key_class\n");
		return -1;
	}
	device_create(key_class,NULL,dev_num,NULL,DEVICE_NAME);
	printk(DEVICE_NAME "initialized\n");
	return 0;
}

static void __exit keyp_exit(void){
	cdev_del(keyp);
	kfree(keyp);
	unregister_chrdev_region(dev_num,1);
}

module_init(keyp_init);
module_exit(keyp_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("liwanpeng");

用户测试程序：

#include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
 
int main(int argc,char **argv)
{
	int i;
	int ret;
	int fd;
	int press_cnt[4];

	fd=open("/dev/key_driver",0);
	if(fd<0)  {
		printf("Can't open /dev/key_driver \n");
		return -1;
	}
	//这是个无限循环，进程有可能在read函数中休眠，当有按键按下时，
	//它才返回
	while(1) {
		ret = read(fd,press_cnt,sizeof(press_cnt));
		if(ret<0)  {
			printf("read err !\n");
			continue;
		}
		//如果被按下的次数不为0，打印出来 
		for(i=0;i<sizeof(press_cnt)/sizeof(press_cnt[0]);i++)    {
			if(press_cnt[i])
				printf("Key%d has been pressed %d times \n",i+1,press_cnt[i]);
		}
	
	}        
	
}

Makefile:

ifneq ($(KERNELRELEASE), )
	obj-m:=key_driver.o
else
KERNELSRC :=/home/hacker/linux-2.6.30.4
modules:
	make -C $(KERNELSRC) SUBDIRS=$(PWD) $@
clean:
	rm -f *.o *.ko *.mod.c *~
endif

效果：

观察效果图，有的时候是按1次，有的是2，3，7等，看看用户程序，那里一直在读，如果按键不按下，则没有任何输出，因为读取进程被阻塞了，如果安下在读后按的次数会被清零。那应该都显示1啊，因为驱动程序中每按一次，在中断程序中唤醒等待进程，然后读取函数中进行了清零，应该每次都为1。可是，进程被唤醒后从等待队列搬到运行队列，在运行队列需要排队的，也就是说，可能不会立即获得时间片，这样下次中断又进行了加1，所以。。。哈哈