imx6ull-驅動開發篇23——Linux 內核定時器實驗

目錄

實驗程序編寫

修改設備樹文件

定時器驅動程序

timer.c

測試 timerApp.c

Makefile 文件

運行測試

實驗程序編寫

本講實驗，我們使用正點原子I.MX6U-ALPHA 開發板，通過linux內核定時器周期性的點亮和熄滅開發板上的 LED 燈， LED 燈的閃爍周期由內核定時器來設置，測試應用程序可以控制內核定時器周期。

修改設備樹文件

和之前文章一致，GPIO子系統驅動LED，主要是以下幾點：

  • 添加 pinctrl 節點
  • 添加 LED 設備節點
  • 檢查 PIN 是否被其他外設使用

定時器驅動程序

timer.c

#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 <linux/timer.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>#define TIMER_CNT		1		/* 設備號個數 	*/
#define TIMER_NAME		"timer"	/* 名字 		*/
#define CLOSE_CMD 		(_IO(0XEF, 0x1))	/* 關閉定時器 */
#define OPEN_CMD		(_IO(0XEF, 0x2))	/* 打開定時器 */
#define SETPERIOD_CMD	(_IO(0XEF, 0x3))	/* 設置定時器周期命令 */
#define LEDON 			1		/* 開燈 */
#define LEDOFF 			0		/* 關燈 *//* timer設備結構體 */
struct timer_dev{dev_t devid;			/* 設備號 	 */struct cdev cdev;		/* cdev 	*/struct class *class;	/* 類 		*/struct device *device;	/* 設備 	 */int major;				/* 主設備號	  */int minor;				/* 次設備號   */struct device_node	*nd; /* 設備節點 */int led_gpio;			/* key所使用的GPIO編號		*/int timeperiod; 		/* 定時周期,單位為ms */struct timer_list timer;/* 定義一個定時器*/spinlock_t lock;		/* 定義自旋鎖 */
};struct timer_dev timerdev;	/* timer設備 *//** @description	: 初始化LED燈IO，open函數打開驅動的時候* 				  初始化LED燈所使用的GPIO引腳。* @param 		: 無* @return 		: 無*/
static int led_init(void)
{int ret = 0;timerdev.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");if (timerdev.nd== NULL) {return -EINVAL;}timerdev.led_gpio = of_get_named_gpio(timerdev.nd ,"led-gpio", 0);if (timerdev.led_gpio < 0) {printk("can't get led\r\n");return -EINVAL;}/* 初始化led所使用的IO */gpio_request(timerdev.led_gpio, "led");		/* 請求IO 	*/ret = gpio_direction_output(timerdev.led_gpio, 1);if(ret < 0) {printk("can't set gpio!\r\n");}return 0;
}/** @description		: 打開設備* @param - inode 	: 傳遞給驅動的inode* @param - filp 	: 設備文件，file結構體有個叫做private_data的成員變量* 					  一般在open的時候將private_data指向設備結構體。* @return 			: 0 成功;其他 失敗*/
static int timer_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{int ret = 0;filp->private_data = &timerdev;	/* 設置私有數據 */timerdev.timeperiod = 1000;		/* 默認周期為1s */ret = led_init();				/* 初始化LED IO */if (ret < 0) {return ret;}return 0;
}/** @description		: ioctl函數，* @param - filp 	: 要打開的設備文件(文件描述符)* @param - cmd 	: 應用程序發送過來的命令* @param - arg 	: 參數* @return 			: 0 成功;其他 失敗*/
static long timer_unlocked_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{struct timer_dev *dev =  (struct timer_dev *)filp->private_data;int timerperiod;unsigned long flags;switch (cmd) {case CLOSE_CMD:		/* 關閉定時器 */del_timer_sync(&dev->timer);break;case OPEN_CMD:		/* 打開定時器 */spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);timerperiod = dev->timeperiod;spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(timerperiod));break;case SETPERIOD_CMD: /* 設置定時器周期 */spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);dev->timeperiod = arg;spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(arg));break;default:break;}return 0;
}/* 設備操作函數 */
static struct file_operations timer_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = timer_open,.unlocked_ioctl = timer_unlocked_ioctl,
};/* 定時器回調函數 */
void timer_function(unsigned long arg)
{struct timer_dev *dev = (struct timer_dev *)arg;static int sta = 1;int timerperiod;unsigned long flags;sta = !sta;		/* 每次都取反，實現LED燈反轉 */gpio_set_value(dev->led_gpio, sta);/* 重啟定時器 */spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);timerperiod = dev->timeperiod;spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(dev->timeperiod)); }/** @description	: 驅動入口函數* @param 		: 無* @return 		: 無*/
static int __init timer_init(void)
{/* 初始化自旋鎖 */spin_lock_init(&timerdev.lock);/* 注冊字符設備驅動 *//* 1、創建設備號 */if (timerdev.major) {		/*  定義了設備號 */timerdev.devid = MKDEV(timerdev.major, 0);register_chrdev_region(timerdev.devid, TIMER_CNT, TIMER_NAME);} else {						/* 沒有定義設備號 */alloc_chrdev_region(&timerdev.devid, 0, TIMER_CNT, TIMER_NAME);	/* 申請設備號 */timerdev.major = MAJOR(timerdev.devid);	/* 獲取分配號的主設備號 */timerdev.minor = MINOR(timerdev.devid);	/* 獲取分配號的次設備號 */}/* 2、初始化cdev */timerdev.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&timerdev.cdev, &timer_fops);/* 3、添加一個cdev */cdev_add(&timerdev.cdev, timerdev.devid, TIMER_CNT);/* 4、創建類 */timerdev.class = class_create(THIS_MODULE, TIMER_NAME);if (IS_ERR(timerdev.class)) {return PTR_ERR(timerdev.class);}/* 5、創建設備 */timerdev.device = device_create(timerdev.class, NULL, timerdev.devid, NULL, TIMER_NAME);if (IS_ERR(timerdev.device)) {return PTR_ERR(timerdev.device);}/* 6、初始化timer，設置定時器處理函數,還未設置周期，所有不會激活定時器 */init_timer(&timerdev.timer);timerdev.timer.function = timer_function;timerdev.timer.data = (unsigned long)&timerdev;return 0;
}/** @description	: 驅動出口函數* @param 		: 無* @return 		: 無*/
static void __exit timer_exit(void)
{gpio_set_value(timerdev.led_gpio, 1);	/* 卸載驅動的時候關閉LED */del_timer_sync(&timerdev.timer);		/* 刪除timer */
#if 0del_timer(&timerdev.tiemr);
#endif/* 注銷字符設備驅動 */gpio_free(timerdev.led_gpio);		cdev_del(&timerdev.cdev);/*  刪除cdev */unregister_chrdev_region(timerdev.devid, TIMER_CNT); /* 注銷設備號 */device_destroy(timerdev.class, timerdev.devid);class_destroy(timerdev.class);
}module_init(timer_init);
module_exit(timer_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("huax");

關鍵代碼分析如下：

定時器設備結構體timer_dev，定義了一個定時器成員變量 timer：

/* timer設備結構體 */
struct timer_dev{dev_t devid;			/* 設備號 	 */struct cdev cdev;		/* cdev 	*/struct class *class;	/* 類 		*/struct device *device;	/* 設備 	 */int major;				/* 主設備號	  */int minor;				/* 次設備號   */struct device_node	*nd; /* 設備節點 */int led_gpio;			/* key所使用的GPIO編號		*/int timeperiod; 		/* 定時周期,單位為ms */struct timer_list timer;/* 定義一個定時器*/spinlock_t lock;		/* 定義自旋鎖 */
};

函數 timer_open，對應應用程序的 open 函數，應用程序調用 open 函數打開/dev/timer 驅動文件的時候此函數就會執行。

static int timer_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{int ret = 0;filp->private_data = &timerdev;	/* 設置私有數據 */timerdev.timeperiod = 1000;		/* 默認周期為1s */ret = led_init();				/* 初始化LED IO */if (ret < 0) {return ret;}return 0;
}

此函數設置文件私有數據為 timerdev，并且初始化定時周期默認為 1 秒，最后調用 led_init 函數初始化 LED 所使用的 IO。

函數 timer_unlocked_ioctl，對應應用程序的 ioctl 函數，應用程序調用 ioctl函數向驅動發送控制信息，此函數響應并執行。

static long timer_unlocked_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{struct timer_dev *dev =  (struct timer_dev *)filp->private_data;int timerperiod;unsigned long flags;switch (cmd) {case CLOSE_CMD:		/* 關閉定時器 */del_timer_sync(&dev->timer);break;case OPEN_CMD:		/* 打開定時器 */spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);timerperiod = dev->timeperiod;spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(timerperiod));break;case SETPERIOD_CMD: /* 設置定時器周期 */spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);dev->timeperiod = arg;spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(arg));break;default:break;}return 0;
}

此函數有三個參數： filp， cmd 和 arg，其中 ：

  • filp是對應的設備文件，
  • cmd 是應用程序發送過來的命令信息，
  • arg 是應用程序發送過來的參數，

在本講定時器實驗里， arg 參數表示定時周期。

cmd?有三種命令：

  • CLOSE_CMD： 關閉定時器命令， 調用 del_timer_sync 函數關閉定時器。
  • OPEN_CMD：打開定時器命令，調用 mod_timer 函數打開定時器，定時周期為 timerdev 的timeperiod 成員變量，定時周期默認是 1 秒。
  • SETPERIOD_CMD：設置定時器周期命令，參數 arg 就是新的定時周期，設置 timerdev 的timeperiod 成員變量為 arg 所表示定時周期指。并且使用 mod_timer 重新打開定時器，使定時器以新的周期運行。

函數 timer_function，定時器服務函數，此函有一個參數 arg， 對應timerdev 的地址，這樣通過 arg 參數就可以訪問到設備結構體。

void timer_function(unsigned long arg)
{struct timer_dev *dev = (struct timer_dev *)arg;static int sta = 1;int timerperiod;unsigned long flags;sta = !sta;		/* 每次都取反，實現LED燈反轉 */gpio_set_value(dev->led_gpio, sta);/* 重啟定時器 */spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);timerperiod = dev->timeperiod;spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(dev->timeperiod)); }

當定時周期到了以后此函數就會被調用。在此函數中將 LED 燈的狀態取反，實現 LED 燈閃爍的效果。

函數 timer_init，驅動入口函數里，初始化定時器，設置定時器的定時處理函數為 timer_function，另外設置要傳遞給 timer_function 函數的參數為 timerdev的地址。

	/* 6、初始化timer，設置定時器處理函數,還未設置周期，所有不會激活定時器 */init_timer(&timerdev.timer);timerdev.timer.function = timer_function;timerdev.timer.data = (unsigned long)&timerdev;

函數 timer_exit里，調用 del_timer_sync 函數刪除定時器。

	del_timer_sync(&timerdev.timer);		/* 刪除timer */
#if 0del_timer(&timerdev.tiemr);
#endif

測試 timerApp.c

測試 APP 我們要實現的內容如下：

  • 運行 APP 以后提示我們輸入要測試的命令，輸入 1 表示關閉定時器、輸入 2 表示打開定時器，輸入 3 設置定時器周期。
  • 如果要設置定時器周期的話，需要讓用戶輸入要設置的周期值，單位為毫秒。

timerApp.c文件代碼如下：

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "linux/ioctl.h"/* 命令值 */
#define CLOSE_CMD 		(_IO(0XEF, 0x1))	/* 關閉定時器 */
#define OPEN_CMD		(_IO(0XEF, 0x2))	/* 打開定時器 */
#define SETPERIOD_CMD	(_IO(0XEF, 0x3))	/* 設置定時器周期命令 *//** @description		: main主程序* @param - argc 	: argv數組元素個數* @param - argv 	: 具體參數* @return 			: 0 成功;其他 失敗*/
int main(int argc, char *argv[])
{int fd, ret;char *filename;unsigned int cmd;unsigned int arg;unsigned char str[100];if (argc != 2) {printf("Error Usage!\r\n");return -1;}filename = argv[1];fd = open(filename, O_RDWR);if (fd < 0) {printf("Can't open file %s\r\n", filename);return -1;}while (1) {printf("Input CMD:");ret = scanf("%d", &cmd);if (ret != 1) {				/* 參數輸入錯誤 */gets(str);				/* 防止卡死 */}if(cmd == 1)				/* 關閉LED燈 */cmd = CLOSE_CMD;else if(cmd == 2)			/* 打開LED燈 */cmd = OPEN_CMD;else if(cmd == 3) {cmd = SETPERIOD_CMD;	/* 設置周期值 */printf("Input Timer Period:");ret = scanf("%d", &arg);if (ret != 1) {			/* 參數輸入錯誤 */gets(str);			/* 防止卡死 */}}ioctl(fd, cmd, arg);		/* 控制定時器的打開和關閉 */	}close(fd);
}

while(1)循環，讓用戶輸入要測試的命令，然后通過 ioctl 函數發送給驅動程序。

如果是設置定時器周期命令 SETPERIOD_CMD，那么 ioctl 函數的 arg 參數就是用戶輸入的周期值。

Makefile 文件

makefile文件只需要修改?obj-m 變量的值，改為timer.o

KERNELDIR := /home/huax/linux/linux_test/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_gaCURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := timer.obuild: kernel_modules
kernel_modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

運行測試

編譯代碼：

make -j32 //編譯makefile文件
arm-linux-gnueabihf-gcc timerApp.c -o timerApp    //編譯測試程序

編譯成功以后，就會生成一個名為“timer.ko”的驅動模塊文件，和timerApp 這個應用程序。

將編譯出來的 timer.ko 和 timerApp 這兩個文件拷貝到 rootfs/lib/modules/4.1.15 目錄中，重啟開發板。

進入到目錄 lib/modules/4.1.15 中，輸入如下命令加載 timer.ko 驅動模塊：

depmod //第一次加載驅動的時候需要運行此命令
modprobe timer.ko //加載驅動

驅動加載成功以后，輸入命令來測試：

/timerApp /dev/timer

打印如下：

提示我們輸入cmd指令。

輸入“2”，打開定時器，此時 LED 燈就會以默認的 1 秒周期開始閃爍。

再輸入“3”來設置定時周期，根據提示輸入要設置的周期值：

輸入“500”，表示設置定時器周期值為 500ms，設置好以后 LED 燈就會以 500ms 為間隔，開始閃爍。

最后可以通過輸入“1”來關閉定時器。

卸載驅動的話輸入如下命令：

rmmod timer.ko

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