linux字符驱动之中断按键

在上一节中，我们讲解了如何自动创建设备节点，实现一个查询方式的按键驱动。测试的时候，大家都看到了，使用查询式的方法，占用CPU的利用率高达99%，那么有没有好的办法来取代这惨不忍睹的方法呢？答案当然是有的。

上一节文章链接：http://blog.csdn.net/xiaoxiaopengbo/article/details/78779974

这一节里，我们使用中断的方法来实现按键驱动。

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？

/** * struct irq_desc - interrupt descriptor * @irq:interrupt number for this descriptor * @handle_irq:highlevel irq-events handler [if NULL, __do_IRQ()] * @chip:low level interrupt hardware access * @action:the irq action chain * @status:status information * @irq_count:stats field to detect stalled irqs * @name:flow handler name for /proc/interrupts output */struct irq_desc {unsigned intirq;......irq_flow_handler_thandle_irq;struct irq_chip*chip;......struct irqaction*action;/* IRQ action list */unsigned intstatus;/* IRQ status */......unsigned intirq_count;/* For detecting broken IRQs */......const char*name;} ____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：

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：

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：

#include <linux/delay.h>#include <linux/irq.h>#include <asm/uaccess.h>#include <asm/irq.h>#include <asm/io.h>#include <linux/module.h>#include <linux/device.h> //class_create#include <mach/regs-gpio.h>//S3C2410_GPF1//#include <asm/arch/regs-gpio.h>  #include <mach/hardware.h>//#include <asm/hardware.h>#include <linux/interrupt.h>  //wait_event_interruptible/* 定义并初始化等待队列头 */static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);static struct class *thirddrv_class;static struct device *thirddrv_device;static struct pin_desc{unsigned int pin;unsigned int key_val;};static struct pin_desc pins_desc[4] = {{S3C2410_GPF1,0x01},{S3C2410_GPF4,0x02},{S3C2410_GPF2,0x03},{S3C2410_GPF0,0x04},}; static int ev_press = 0;/* 键值: 按下时, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04 *//* 键值: 松开时, 0x81, 0x82, 0x83, 0x84 */static unsigned char key_val;int major;/* 用户中断处理函数 */static irqreturn_t buttons_irq(int irq, void *dev_id){struct pin_desc *pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;unsigned int pinval;pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);if(pinval){/* 松开 */key_val = 0x80 | (pindesc->key_val);}else{/* 按下 */key_val = pindesc->key_val;}ev_press = 1; /* 表示中断已经发生 */ wake_up_interruptible(&button_waitq);   /* 唤醒休眠的进程 */return IRQ_HANDLED;}static int third_drv_open(struct inode * inode, struct file * filp){/*  K1 ---- EINT1,K2 ---- EINT4,K3 ---- EINT2,K4 ---- EINT0   *  配置GPF1、GPF4、GPF2、GPF0为相应的外部中断引脚   *  IRQT_BOTHEDGE应该改为IRQ_TYPE_EDGE_BOTH */request_irq(IRQ_EINT1, buttons_irq, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, "K1",&pins_desc[0]);request_irq(IRQ_EINT4, buttons_irq, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, "K2",&pins_desc[1]);request_irq(IRQ_EINT2, buttons_irq, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, "K3",&pins_desc[2]);request_irq(IRQ_EINT0, buttons_irq, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, "K4",&pins_desc[3]);return 0;}static ssize_t third_drv_read(struct file *file, char __user *user, size_t size,loff_t *ppos){if (size != 1)return -EINVAL;/* 当没有按键按下时，休眠。 * 即ev_press = 0; * 当有按键按下时，发生中断，在中断处理函数会唤醒 * 即ev_press = 1;  * 唤醒后，接着继续将数据通过copy_to_user函数传递给应用程序 */wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);copy_to_user(user, &key_val, 1);/* 将ev_press清零 */ev_press = 0;return 1;}static int third_drv_close(struct inode *inode, struct file *file){free_irq(IRQ_EINT1,&pins_desc[0]);free_irq(IRQ_EINT4,&pins_desc[1]);free_irq(IRQ_EINT2,&pins_desc[2]);free_irq(IRQ_EINT0,&pins_desc[3]);return 0;}/* File operations struct for character device */static const struct file_operations third_drv_fops = {.owner= THIS_MODULE,.open= third_drv_open,.read= third_drv_read,.release    = third_drv_close,};/* 驱动入口函数 */static int third_drv_init(void){/* 主设备号设置为0表示由系统自动分配主设备号 */major = register_chrdev(0, "third_drv", &third_drv_fops);/* 创建thirddrv类 */thirddrv_class = class_create(THIS_MODULE, "thirddrv");/* 在thirddrv类下创建buttons设备，供应用程序打开设备*/thirddrv_device = device_create(thirddrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons");return 0;}/* 驱动出口函数 */static void third_drv_exit(void){unregister_chrdev(major, "third_drv");device_unregister(thirddrv_device);  //卸载类下的设备class_destroy(thirddrv_class);//卸载类}module_init(third_drv_init);  //用于修饰入口函数module_exit(third_drv_exit);  //用于修饰出口函数MODULE_AUTHOR("LWJ");MODULE_DESCRIPTION("Just for Demon");MODULE_LICENSE("GPL");  //遵循GPL协议

应用测试程序

#include <stdio.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h>#include <fcntl.h>#include <unistd.h>/* third_test */ int main(int argc ,char *argv[]){int fd;unsigned char key_val;fd = open("/dev/buttons",O_RDWR);if (fd < 0){printf("open error\n");}while(1){read(fd,&key_val,1);printf("key_val = 0x%x\n",key_val);}return 0;}

测试步骤1

[WJ2440]# lsQt             etc            mnt            second_drv.ko  udiskTQLedtest      first_drv.ko   opt            second_test    usrapp_test       first_test     proc           sys            varbin            home           root           third_drv.ko   webdev            lib            sbin           third_testdriver_test    linuxrc        sddisk         tmp[WJ2440]# ls /dev/buttons -lls: /dev/buttons: No such file or directory[WJ2440]# insmod third_drv.ko [WJ2440]# lsmod third_drv 3016 0 - Live 0xbf003000[WJ2440]# ls /dev/buttons -lcrw-rw----    1 root     root      252,   0 Jan  2 02:12 /dev/buttons[WJ2440]# ./third_test key_val = 0x1key_val = 0x81key_val = 0x2key_val = 0x82key_val = 0x3key_val = 0x83key_val = 0x4key_val = 0x84key_val = 0x2key_val = 0x2key_val = 0x82key_val = 0x1key_val = 0x81key_val = 0x2key_val = 0x82key_val = 0x2key_val = 0x82key_val = 0x4key_val = 0x4key_val = 0x4key_val = 0x84

测试步骤2

[WJ2440]# ./third_test &[WJ2440]# topMem: 10912K used, 49252K free, 0K shrd, 0K buff, 8104K cachedCPU:  0.0% usr  0.7% sys  0.0% nic 99.0% idle  0.0% io  0.1% irq  0.0% sirqLoad average: 0.00 0.05 0.03 1/23 627  PID  PPID USER     STAT   VSZ %MEM CPU %CPU COMMAND  627   589 root     R     2092  3.4   0  0.7 top  589     1 root     S     2092  3.4   0  0.0 -/bin/sh    1     0 root     S     2088  3.4   0  0.0 init  590     1 root     S     2088  3.4   0  0.0 /usr/sbin/telnetd -l /bin/login  587     1 root     S     1508  2.5   0  0.0 EmbedSky_wdg  626   589 root     S     1428  2.3   0  0.0 ./third_test  573     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [rpciod/0]    5     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [khelper]  329     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [nfsiod]    2     0 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [kthreadd]    3     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [ksoftirqd/0]    4     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [events/0]   11     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [async/mgr]  237     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [kblockd/0]  247     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [khubd]  254     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [kmmcd]  278     2 root     SW       0  0.0   0  0.0 [pdflush]  279     2 root     SW       0  0.0   0  0.0 [pdflush]  280     2 root     SW<      0  0.0   0  0.0 [kswapd0]  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）：

[WJ2440]# lsmodthird_drv 3016 2 - Live 0xbf003000[WJ2440]# rmmod third_drv    rmmod: remove 'third_drv': Resource temporarily unavailable[WJ2440]# kill -9 626[1]+  Killed                     ./third_test[WJ2440]# rmmod  third_drv    rmmod: module 'third_drv' not found[WJ2440]# lsmod [WJ2440]# 

转载自：http://blog.csdn.net/lwj103862095/article/details/17511867