linux字符驱动之中断按键

问：内核的中断体系是怎么样的？

答：ARM架构Linux内核中，有5种常见的异常，其中中断异常是其一，Linux内核将所有中断统一编号，使用一个irq_desc结构体来描述这些中断，里面记录了中断名称、中断状态、中断标记、并提供了中断的底层硬件访问函数（如：清除、屏蔽、使能中断），提供了这个中断的处理函数入口，通过它还可以调用用户注册的的中断处理函数。

问：irq_desc结构体有哪些重要的成员？

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1. /** 
2.  * struct irq_desc - interrupt descriptor 
3.  * @irq:        interrupt number for this descriptor 
4.  * @handle_irq:     highlevel irq-events handler [if NULL, __do_IRQ()] 
5.  * @chip:       low level interrupt hardware access 
6.  * @action:     the irq action chain 
7.  * @status:     status information 
8.  * @irq_count:      stats field to detect stalled irqs 
9.  * @name:       flow handler name for /proc/interrupts output 
10.  */  
11. struct irq_desc {  
12.     unsigned int        irq;  
13.     ......  
14.     irq_flow_handler_t  handle_irq;  
15.     struct irq_chip     *chip;  
16.     ......  
17.     struct irqaction    *action;    /* IRQ action list */  
18.     unsigned int        status;     /* IRQ status */  
19.     ......  
20.     unsigned int        irq_count;  /* For detecting broken IRQs */  
21.     ......  
22.     const char      *name;  
23. } ____cacheline_internodealigned_in_smp;  

关于irq_desc结构体的具体描述，请参考《嵌入式Linux应用完全开发手册》的第20章的20.2.1节，即416页开始的描述。关于linux中断体系的详细讲解，我就不多说了，大家参考韦老师的视频教程:

"第12课第4.1节.字符设备驱动程序之中断方式的按键驱动_Linux异常处理结构"

"第12课第4.2节.字符设备驱动程序之中断方式的按键驱动_Linux中断处理结构"

这二个视频，已经讲解的非常到位，如果还不理解的，大家可以参考韦老师的书的第20章内容。建议大家结合linux源码和书一起看，这样对你深入linux中断体系就不远了。

问：既然linux内核的中断体系已经 那么完善了，那么驱动工程师还需要做什么？

答：驱动工程师需要调用request_irq向内核注册中断，其原型为：

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1. request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags, const char * devname, void * dev_id)  

第一个参数irq：中断号，在irqs.h中定义，与架构相关；

第二个参数handler:  用户中断处理函数；

第三个参数flags：中断标记；

第四个参数devname：中断名字；可以通过cat proc/interrupts查看；

第五个参数dev_id:  在free_irq中有用，也用作区分中断处理函数；

问：request_irq函数有什么作用？

答：

1）、irq_desc[irq]结构体中的action链表中已经链入了用户注册的中断处理函数。

2）、中断触发方式已经被设置好。

3）、中断已经被使能。

问：如何卸载中断处理函数？

答：中断是一种很稀缺的资源，当不再使用一个设备时，应该释放它占据的中断。驱动工程师通过free_irq函数来实现，其原型为：

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1. void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)  

第一个参数irq：中断号，与request_irq中的irq一致，用于定位action链表；

第二个参数dev_id：用于在action链表中找到要卸载的表项；同一个中断的不同中断处理函数必须使用不同的dev_id来区分，这就要求在注册共享中断时参数dev_id必须唯一。

问：free_irq有什么作用？

答：
1）、根据中断号irq、dev_id从action链表中找到表项，将它移除。

2）、如果它是唯一的表项，还要调用IRQ_DESC[IRQ].CHIP->SHUTDOWN或者IRQ_DESC[IRQ].CHIP->DISABLE来关闭中断。

前面说了那么多中断，暂且放下中断，来谈谈linux是如何睡觉的吧，睡觉？linux也会睡觉？没错，只不过在术语上不叫睡觉，人家那叫休眠。

问：linux内核如何进行休眠？

答：使用wait_event函数，其扩展型常用的函数为wait_event_interruptible(wq, condition)，即可被中断打断的休眠。

wq是一个等待队列，condition是条件，如果condition = 0，则将会进行休眠，直到condition = 1，并且有唤醒函数唤醒它。

问：linux内核如果唤醒进程？

答：使用wait_up函数，其扩展型常用的函数为wake_up_interruptible(wq)，wq与wait_event_interruptible的wq是一致的。

问：能直接使用wait_event_interruptible和wake_up_interruptible函数吗？

答：不能，必须先事先使用static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wq)定义并初始化一个等待队列头，并设置condition条件变量。

详细请参考驱动源码：

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1. #include <linux/delay.h>  
2. #include <linux/irq.h>  
3. #include <asm/uaccess.h>  
4. #include <asm/irq.h>  
5. #include <asm/io.h>  
6. #include <linux/module.h>  
7. #include <linux/device.h>         //class_create  
8. #include <mach/regs-gpio.h>       //S3C2410_GPF1  
9. //#include <asm/arch/regs-gpio.h>    
10. #include <mach/hardware.h>  
11. //#include <asm/hardware.h>  
12. #include <linux/interrupt.h>  //wait_event_interruptible  
13.   
14.   
15. /* 定义并初始化等待队列头 */  
16. static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);  
17.   
18.   
19. static struct class *thirddrv_class;  
20. static struct device *thirddrv_device;  
21.   
22. static struct pin_desc{  
23.     unsigned int pin;  
24.     unsigned int key_val;  
25. };  
26.   
27. static struct pin_desc pins_desc[4] = {  
28.         {S3C2410_GPF1,0x01},  
29.         {S3C2410_GPF4,0x02},  
30.         {S3C2410_GPF2,0x03},  
31.         {S3C2410_GPF0,0x04},  
32. };   
33.   
34. static int ev_press = 0;  
35.   
36. /* 键值: 按下时, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04 */  
37. /* 键值: 松开时, 0x81, 0x82, 0x83, 0x84 */  
38. static unsigned char key_val;  
39. int major;  
40.   
41. /* 用户中断处理函数 */  
42. static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id)  
43. {  
44.     struct pin_desc *pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;  
45.     unsigned int pinval;  
46.     pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);  
47.   
48.     if(pinval)  
49.     {  
50.         /* 松开 */  
51.         key_val = 0x80 | (pindesc->key_val);  
52.     }  
53.     else  
54.     {  
55.         /* 按下 */  
56.         key_val = pindesc->key_val;  
57.     }  
58.   
59.     ev_press = 1;                            /* 表示中断已经发生 */  
60.      wake_up_interruptible(&button_waitq);   /* 唤醒休眠的进程 */  
61.     return IRQ_HANDLED;  
62. }  
63. static int third_drv_open(struct inode * inode, struct file * filp)  
64. {  
65.     /*  K1 ---- EINT1,K2 ---- EINT4,K3 ---- EINT2,K4 ---- EINT0 
66.      *  配置GPF1、GPF4、GPF2、GPF0为相应的外部中断引脚 
67.      *  IRQT_BOTHEDGE应该改为IRQ_TYPE_EDGE_BOTH 
68.      */  
69.     request_irq(IRQ_EINT1, buttons_irq, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, "K1",&pins_desc[0]);  
70.     request_irq(IRQ_EINT4, buttons_irq, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, "K2",&pins_desc[1]);  
71.     request_irq(IRQ_EINT2, buttons_irq, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, "K3",&pins_desc[2]);  
72.     request_irq(IRQ_EINT0, buttons_irq, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, "K4",&pins_desc[3]);  
73.     return 0;  
74. }  
75.   
76. static ssize_t third_drv_read(struct file *file, char __user *user, size_t size,loff_t *ppos)  
77. {  
78.     if (size != 1)  
79.             return -EINVAL;  
80.       
81.     /* 当没有按键按下时，休眠。 
82.      * 即ev_press = 0; 
83.      * 当有按键按下时，发生中断，在中断处理函数会唤醒 
84.      * 即ev_press = 1;  
85.      * 唤醒后，接着继续将数据通过copy_to_user函数传递给应用程序 
86.      */  
87.     wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);  
88.     copy_to_user(user, &key_val, 1);  
89.       
90.     /* 将ev_press清零 */  
91.     ev_press = 0;  
92.     return 1;     
93. }  
94.   
95. static int third_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)  
96. {  
97.     free_irq(IRQ_EINT1,&pins_desc[0]);  
98.     free_irq(IRQ_EINT4,&pins_desc[1]);  
99.     free_irq(IRQ_EINT2,&pins_desc[2]);  
100.     free_irq(IRQ_EINT0,&pins_desc[3]);  
101.     return 0;  
102. }  
103.   
104. /* File operations struct for character device */  
105. static const struct file_operations third_drv_fops = {  
106.     .owner      = THIS_MODULE,  
107.     .open       = third_drv_open,  
108.     .read       = third_drv_read,  
109.     .release    = third_drv_close,  
110. };  
111.   
112.   
113. /* 驱动入口函数 */  
114. static int third_drv_init(void)  
115. {  
116.     /* 主设备号设置为0表示由系统自动分配主设备号 */  
117.     major = register_chrdev(0, "third_drv", &third_drv_fops);  
118.   
119.     /* 创建thirddrv类 */  
120.     thirddrv_class = class_create(THIS_MODULE, "thirddrv");  
121.   
122.     /* 在thirddrv类下创建buttons设备，供应用程序打开设备*/  
123.     thirddrv_device = device_create(thirddrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons");  
124.   
125.     return 0;  
126. }  
127.   
128. /* 驱动出口函数 */  
129. static void third_drv_exit(void)  
130. {  
131.     unregister_chrdev(major, "third_drv");  
132.     device_unregister(thirddrv_device);  //卸载类下的设备  
133.     class_destroy(thirddrv_class);      //卸载类  
134. }  
135.   
136. module_init(third_drv_init);  //用于修饰入口函数  
137. module_exit(third_drv_exit);  //用于修饰出口函数      
138.   
139. MODULE_AUTHOR("LWJ");  
140. MODULE_DESCRIPTION("Just for Demon");  
141. MODULE_LICENSE("GPL");  //遵循GPL协议  

应用测试程序源码：

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1. #include <stdio.h>  
2. #include <sys/types.h>  
3. #include <sys/stat.h>  
4. #include <fcntl.h>  
5. #include <unistd.h>  
6.   
7.   
8. /* third_test 
9.  */   
10. int main(int argc ,char *argv[])  
11.   
12. {  
13.     int fd;  
14.     unsigned char key_val;  
15.       
16.     fd = open("/dev/buttons",O_RDWR);  
17.     if (fd < 0)  
18.     {  
19.         printf("open error\n");  
20.     }  
21.   
22.     while(1)  
23.     {  
24.         read(fd,&key_val,1);  
25.         printf("key_val = 0x%x\n",key_val);  
26.           
27.     }  
28.     return 0;  
29. }  

测试步骤1：

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1. [WJ2440]# ls  
2. Qt             etc            mnt            second_drv.ko  udisk  
3. TQLedtest      first_drv.ko   opt            second_test    usr  
4. app_test       first_test     proc           sys            var  
5. bin            home           root           third_drv.ko   web  
6. dev            lib            sbin           third_test  
7. driver_test    linuxrc        sddisk         tmp  
8. [WJ2440]# ls /dev/buttons -l  
9. ls: /dev/buttons: No such file or directory  
10. [WJ2440]# insmod third_drv.ko   
11. [WJ2440]# lsmod   
12. third_drv 3016 0 - Live 0xbf003000  
13. [WJ2440]# ls /dev/buttons -l  
14. crw-rw----    1 root     root      252,   0 Jan  2 02:12 /dev/buttons  
15. [WJ2440]# ./third_test   
16. key_val = 0x1  
17. key_val = 0x81  
18. key_val = 0x2  
19. key_val = 0x82  
20. key_val = 0x3  
21. key_val = 0x83  
22. key_val = 0x4  
23. key_val = 0x84  
24. key_val = 0x2  
25. key_val = 0x2  
26. key_val = 0x82  
27. key_val = 0x1  
28. key_val = 0x81  
29. key_val = 0x2  
30. key_val = 0x82  
31. key_val = 0x2  
32. key_val = 0x82  
33. key_val = 0x4  
34. key_val = 0x4  
35. key_val = 0x4  
36. key_val = 0x84  

/* 键值: 按下时, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04 */
/* 键值: 松开时, 0x81, 0x82, 0x83, 0x84 */

测试步骤2：

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1. [WJ2440]# ./third_test &  
2. [WJ2440]# top  
3. Mem: 10912K used, 49252K free, 0K shrd, 0K buff, 8104K cached  
4. CPU:  0.0% usr  0.7% sys  0.0% nic 99.0% idle  0.0% io  0.1% irq  0.0% sirq  
5. Load average: 0.00 0.05 0.03 1/23 627  
6.   PID  PPID USER     STAT   VSZ %MEM CPU %CPU COMMAND  
7.   627   589 root     R     2092  3.4   0  0.7 top  
8.   589     1 root     S     2092  3.4   0  0.0 -/bin/sh  
9.     1     0 root     S     2088  3.4   0  0.0 init  
10.   590     1 root     S     2088  3.4   0  0.0 /usr/sbin/telnetd -l /bin/login  
11.   587     1 root     S     1508  2.5   0  0.0 EmbedSky_wdg  
12.   626   589 root     S     1428  2.3   0  0.0 ./third_test  
13.   573     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [rpciod/0]  
14.     5     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [khelper]  
15.   329     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [nfsiod]  
16.     2     0 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [kthreadd]  
17.     3     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [ksoftirqd/0]  
18.     4     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [events/0]  
19.    11     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [async/mgr]  
20.   237     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [kblockd/0]  
21.   247     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [khubd]  
22.   254     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [kmmcd]  
23.   278     2 root     SW       0  0.0   0  0.0 [pdflush]  
24.   279     2 root     SW       0  0.0   0  0.0 [pdflush]  
25.   280     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [kswapd0]  
26.   325     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [aio/0]  

可发现，按键没有被按下时，third_test进程是处于睡眠状态的，并且几乎不占用CPU的利用率。

测试步骤3（如何卸载驱动）：

[cpp] view plain copy

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1. [WJ2440]# lsmod  
2. third_drv 3016 2 - Live 0xbf003000  
3. [WJ2440]# rmmod third_drv      
4. rmmod: remove 'third_drv': Resource temporarily unavailable  
5. [WJ2440]# kill -9 626  
6. [1]+  Killed                     ./third_test  
7. [WJ2440]# rmmod  third_drv      
8. rmmod: module 'third_drv' not found  
9. [WJ2440]# lsmod   
10. [WJ2440]#   

注意事项：

1.楼主在编译驱动的时候，发现linux的头文件经常因版本不一致，导致路径不一致，很是苦恼。

2.有些中断共享标记，如：IRQ_TYPE_EDGE_BOTH，在韦老师那里是IRQT_BOTHEDGE，又是版本害的。

3.楼主使用的linux版本是2.6.30.4

4.楼主在测试驱动时，发现居然没有任何信息打印出来，调试了20分钟，最后发现原来是printf没有加'\n'