imx6ull-驅動開發篇20——linux互斥體實驗

目錄

實驗程序編寫

修改設備樹文件

LED 驅動修改

mutex.c

測試mutexApp.c

Makefile 文件

運行測試

在之前的文章里，我們學習了：驅動開發篇16——信號量與互斥體。

本講實驗里，我們來使用互斥體mutex實現?LED 燈互斥訪問的功能，編寫驅動代碼，并運行測試結果。

實驗程序編寫

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

LED 驅動修改

mutex.c

前面我們使用原子操作、自旋鎖和信號量實現了對 LED 燈的互斥訪問，但是最適合互斥的就是互斥體 mutex 了。

代碼如下：

#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 <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>#define GPIOLED_CNT			1		  	/* 設備號個數 */
#define GPIOLED_NAME		"gpioled"	/* 名字 */
#define LEDOFF 				0			/* 關燈 */
#define LEDON 				1			/* 開燈 *//* gpioled設備結構體 */
struct gpioled_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;			/* led所使用的GPIO編號		*/struct mutex lock;		/* 互斥體 */
};struct gpioled_dev gpioled;	/* led設備 *//** @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 led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{filp->private_data = &gpioled; /* 設置私有數據 *//* 獲取互斥體,可以被信號打斷 */if (mutex_lock_interruptible(&gpioled.lock)) {return -ERESTARTSYS;}
#if 0mutex_lock(&gpioled.lock);	/* 不能被信號打斷 */
#endifreturn 0;
}/** @description		: 從設備讀取數據 * @param - filp 	: 要打開的設備文件(文件描述符)* @param - buf 	: 返回給用戶空間的數據緩沖區* @param - cnt 	: 要讀取的數據長度* @param - offt 	: 相對于文件首地址的偏移* @return 			: 讀取的字節數，如果為負值，表示讀取失敗*/
static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{return 0;
}/** @description		: 向設備寫數據 * @param - filp 	: 設備文件，表示打開的文件描述符* @param - buf 	: 要寫給設備寫入的數據* @param - cnt 	: 要寫入的數據長度* @param - offt 	: 相對于文件首地址的偏移* @return 			: 寫入的字節數，如果為負值，表示寫入失敗*/
static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{int retvalue;unsigned char databuf[1];unsigned char ledstat;struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;retvalue = copy_from_user(databuf, buf, cnt);if(retvalue < 0) {printk("kernel write failed!\r\n");return -EFAULT;}ledstat = databuf[0];		/* 獲取狀態值 */if(ledstat == LEDON) {	gpio_set_value(dev->led_gpio, 0);	/* 打開LED燈 */} else if(ledstat == LEDOFF) {gpio_set_value(dev->led_gpio, 1);	/* 關閉LED燈 */}return 0;
}/** @description		: 關閉/釋放設備* @param - filp 	: 要關閉的設備文件(文件描述符)* @return 			: 0 成功;其他 失敗*/
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;/* 釋放互斥鎖 */mutex_unlock(&dev->lock);return 0;
}/* 設備操作函數 */
static struct file_operations gpioled_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = led_open,.read = led_read,.write = led_write,.release = 	led_release,
};/** @description	: 驅動入口函數* @param 		: 無* @return 		: 無*/
static int __init led_init(void)
{int ret = 0;/* 初始化互斥體 */mutex_init(&gpioled.lock);/* 設置LED所使用的GPIO *//* 1、獲取設備節點：gpioled */gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");if(gpioled.nd == NULL) {printk("gpioled node not find!\r\n");return -EINVAL;} else {printk("gpioled node find!\r\n");}/* 2、 獲取設備樹中的gpio屬性，得到LED所使用的LED編號 */gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "led-gpio", 0);if(gpioled.led_gpio < 0) {printk("can't get led-gpio");return -EINVAL;}printk("led-gpio num = %d\r\n", gpioled.led_gpio);/* 3、設置GPIO1_IO03為輸出，并且輸出高電平，默認關閉LED燈 */ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1);if(ret < 0) {printk("can't set gpio!\r\n");}/* 注冊字符設備驅動 *//* 1、創建設備號 */if (gpioled.major) {		/*  定義了設備號 */gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0);register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);} else {						/* 沒有定義設備號 */alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);	/* 申請設備號 */gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid);	/* 獲取分配號的主設備號 */gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid);	/* 獲取分配號的次設備號 */}printk("gpioled major=%d,minor=%d\r\n",gpioled.major, gpioled.minor);	/* 2、初始化cdev */gpioled.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&gpioled.cdev, &gpioled_fops);/* 3、添加一個cdev */cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT);/* 4、創建類 */gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME);if (IS_ERR(gpioled.class)) {return PTR_ERR(gpioled.class);}/* 5、創建設備 */gpioled.device = device_create(gpioled.class, NULL, gpioled.devid, NULL, GPIOLED_NAME);if (IS_ERR(gpioled.device)) {return PTR_ERR(gpioled.device);}return 0;
}/** @description	: 驅動出口函數* @param 		: 無* @return 		: 無*/
static void __exit led_exit(void)
{/* 注銷字符設備驅動 */cdev_del(&gpioled.cdev);/*  刪除cdev */unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); /* 注銷設備號 */device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);class_destroy(gpioled.class);
}module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("huax");

在 open 函數中，調用 mutex_lock_interruptible 或者 mutex_lock 獲取 mutex，成功的話就表示可以使用 LED 燈，失敗的話就會進入休眠狀態，和信號量一樣。

static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{filp->private_data = &gpioled; /* 設置私有數據 *//* 獲取互斥體,可以被信號打斷 */if (mutex_lock_interruptible(&gpioled.lock)) {return -ERESTARTSYS;}
#if 0mutex_lock(&gpioled.lock);	/* 不能被信號打斷 */
#endifreturn 0;
}

在 release 函數中，調用 mutex_unlock 函數釋放 mutex，這樣其他應用程序就可以獲取 mutex 了。

static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;/* 釋放互斥鎖 */mutex_unlock(&dev->lock);return 0;
}

這段代碼里，互斥體關鍵實現如下：

測試mutexApp.c

mutexApp.c測試代碼和之前的一樣，沒有修改。

代碼里模擬占用 25 秒 LED ，測試 APP 在獲取到 LED 燈驅動的使用權以后會使用 25S，在使用的這段時間，如果有其他的應用也去獲取 LED 燈使用權的話肯定會失敗。

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"#define LEDOFF 	0
#define LEDON 	1/** @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, retvalue;char *filename;unsigned char cnt = 0;unsigned char databuf[1];if(argc != 3){printf("Error Usage!\r\n");return -1;}filename = argv[1];fd = open(filename, O_RDWR);if(fd < 0){printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);return -1;}databuf[0] = atoi(argv[2]);	/* 要執行的操作：打開或關閉 *//* 向/dev/gpioled文件寫入數據 */retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));if(retvalue < 0){printf("LED Control Failed!\r\n");close(fd);return -1;}/* 模擬占用25S LED */while(1) {sleep(5);cnt++;printf("App running times:%d\r\n", cnt);if(cnt >= 5) break;}printf("App running finished!");retvalue = close(fd); /* 關閉文件 */if(retvalue < 0){printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);return -1;}return 0;
}

Makefile 文件

makefile文件只需要修改?obj-m 變量的值，改為mutex.o

KERNELDIR := /home/huax/linux/linux_test/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_gaCURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := mutex.obuild: kernel_modules
kernel_modules:$(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 mutexApp.c -o mutexApp  //編譯測試程序

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

將編譯出來的 mutex.ko 和 mutexApp 這兩個文件拷貝到 根文件 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 mutex.ko 驅動模塊：

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

驅動加載成功以后，就可以使用 mutexApp 軟件測試驅動是否工作正常：

./ mutexApp /dev/gpioled 1& //后臺方式，打開 LED 燈

在打開LED燈25s以內，關閉LED燈會失敗：

./ mutexApp /dev/gpioled 0& //關閉 LED 燈

這兩個命令都是運行在后臺，第一條命令先獲取到互斥體，因此可以操作 LED 燈，將LED 燈打開，并且占有 25S。

第二條命令因為互斥體獲取led資源失敗而進入休眠狀態，等待第一條命令運行完畢并釋放互斥體以后才擁有 LED 燈使用權，將 LED 燈關閉。

要卸載驅動的話輸入如下命令：

rmmod mutex.ko

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