Linux 中断实验
Linux 中断实验
先来回顾一下裸机实验里面中断的处理方法：
①、使能中断，初始化相应的寄存器。
②、注册中断服务函数，也就是向 irqTable 数组的指定标号处写入中断服务函数
②、中断发生以后进入 IRQ 中断服务函数，在 IRQ 中断服务函数在数组 irqTable 里面查找
具体的中断处理函数，找到以后执行相应的中断处理函数。
Linux API函数
在 Linux 内核中也提供了大量的中断相关的 API 函数，我们来看一下这些跟中断有关的API 函数：
1、中断号
每个中断都有一个中断号，通过中断号即可区分不同的中断，有的资料也把中断号叫做中
断线。在 Linux 内核中使用一个 int 变量表示中断号，关于中断号我们已经在第十七章讲解过
了。
2、 request_irq 函数
在 Linux 内核中要想使用某个中断是需要申请的， request_irq 函数用于申请中断， request_irq函数可能会导致睡眠，因此不能在中断上下文或者其他禁止睡眠的代码段中使用 request_irq 函数。 request_irq 函数会激活(使能)中断，所以不需要我们手动去使能中断， request_irq 函数原型如下：
int request_irq(unsigned int irq,
irq_handler_t handler,
unsigned long flags,
const char *name,
void *dev)
函数参数和返回值含义如下：
irq：要申请中断的中断号。
handler：中断处理函数，当中断发生以后就会执行此中断处理函数。
flags：中断标志，
可以在文件 include/linux/interrupt.h 里面查看所有的中断标志，这里我们介绍几个常用的中断标志，如下面 所示：
标志 描述
IRQF_SHARED
多个设备共享一个中断线，共享的所有中断都必须指定此标志。
如果使用共享中断的话， request_irq 函数的 dev 参数就是唯一
区分他们的标志。
IRQF_ONESHOT 单次中断，中断执行一次就结束。
IRQF_TRIGGER_NONE 无触发。
IRQF_TRIGGER_RISING 上升沿触发。
IRQF_TRIGGER_FALLING 下降沿触发。
IRQF_TRIGGER_HIGH 高电平触发。
IRQF_TRIGGER_LOW 低电平触发。
比如 I.MX6U-ALPHA 开发板上的 KEY0 使用 GPIO1_IO18，按下 KEY0 以后为低电平，因此可以设置为下降沿触发，也就是将 flags 设置为 IRQF_TRIGGER_FALLING。上面中的这些标志可以通过“|”来实现多种组合。
name：中断名字，设置以后可以在/proc/interrupts 文件中看到对应的中断名字。
dev： 如果将 flags 设置为 IRQF_SHARED 的话， dev 用来区分不同的中断，一般情况下将dev 设置为设备结构体， dev 会传递给中断处理函数 irq_handler_t 的第二个参数。
返回值： 0 中断申请成功，其他负值 中断申请失败，如果返回-EBUSY 的话表示中断已经被申请了
3、 free_irq 函数
使用中断的时候需要通过 request_irq 函数申请，使用完成以后就要通过 free_irq 函数释放掉相应的中断。如果中断不是共享的，那么 free_irq 会删除中断处理函数并且禁止中断。 free_irq函数原型如下所示：
void free_irq(unsigned int irq,void *dev)
函数参数和返回值含义如下：
irq： 要释放的中断。
dev：如果中断设置为共享(IRQF_SHARED)的话，此参数用来区分具体的中断。共享中断
只有在释放最后中断处理函数的时候才会被禁止掉。
返回值：无。
4、中断处理函数
使用 request_irq 函数申请中断的时候需要设置中断处理函数，中断处理函数格式如下所示：
irqreturn_t (*irq_handler_t) (int, void *)
第一个参数是要中断处理函数要相应的中断号。第二个参数是一个指向 void 的指针，也就是个通用指针，需要与 request_irq 函数的 dev 参数保持一致。用于区分共享中断的不同设备，dev 也可以指向设备数据结构。中断处理函数的返回值为 irqreturn_t 类型， irqreturn_t 类型定义如下所示：
示例代码 51.1.1.1 irqreturn_t 结构
10 enum irqreturn {
11 IRQ_NONE = (0 << 0),
12 IRQ_HANDLED = (1 << 0),
13 IRQ_WAKE_THREAD = (1 << 1),
14 };
15
16 typedef enum irqreturn irqreturn_t;
可以看出 irqreturn_t 是个枚举类型，一共有三种返回值。一般中断服务函数返回值使用如下形式：
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED)
5、中断使能与禁止函数
常用的中断使用和禁止函数如下所示：
void enable_irq(unsigned int irq)
void disable_irq(unsigned int irq)
enable_irq 和 disable_irq 用于使能和禁止指定的中断， irq 就是要禁止的中断号。 disable_irq函数要等到当前正在执行的中断处理函数执行完才返回，因此使用者需要保证不会产生新的中断，并且确保所有已经开始执行的中断处理程序已经全部退出。在这种情况下，可以使用另外一个中断禁止函数。
void disable_irq_nosync(unsigned int irq)
disable_irq_nosync 函数调用以后立即返回，不会等待当前中断处理程序执行完毕。上面三个函数都是使能或者禁止某一个中断，有时候我们需要关闭当前处理器的整个中断系统，也就是在学习 STM32 的时候常说的关闭全局中断，这个时候可以使用如下两个函数：
local_irq_enable()
local_irq_disable()
local_irq_enable 用于使能当前处理器中断系统， local_irq_disable 用于禁止当前处理器中断系统。假如 A 任务调用 local_irq_disable 关闭全局中断 10S，当关闭了 2S 的时候 B 任务开始运行， B 任务也调用local_irq_disable 关闭全局中断 3S， 3 秒以后 B 任务调用 local_irq_enable 函数将全局中断打开了。此时才过去 2+3=5 秒的时间，然后全局中断就被打开了，此时 A 任务要关闭 10S 全局中断的愿望就破灭了，然后 A 任务就“生气了”，结果很严重，可能系统都要被A 任务整崩溃。为了解决这个问题， B 任务不能直接简单粗暴的通过 local_irq_enable 函数来打开全局中断，而是将中断状态恢复到以前的状态，要考虑到别的任务的感受，此时就要用到下面两个函数：
local_irq_save(flags)
local_irq_restore(flags)
这两个函数是一对， local_irq_save 函数用于禁止中断，并且将中断状态保存在 flags 中。local_irq_restore 用于恢复中断，将中断到 flags 状态。
上半部和下半部
上半部：上半部就是中断处理函数，那些处理过程比较快，不会占用很长时间的处理就可以放在上半部完成。
下半部：如果中断处理过程比较耗时，那么就将这些比较耗时的代码提出来，交给下半部去执行，这样中断处理函数就会快进快出。因此， Linux 内核将中断分为上半部和下半部的主要目的就是实现中断处理函数的快进快出，那些对时间敏感、执行速度快的操作可以放到中断处理函数中，也就是上半部。剩下的所有工作都可以放到下半部去执行，比如在上半部将数据拷贝到内存中，关于数据的具体处理就可以放到下半部去执行。
①、如果要处理的内容不希望被其他中断打断，那么可以放到上半部。
②、如果要处理的任务对时间敏感，可以放到上半部。
③、如果要处理的任务与硬件有关，可以放到上半部
④、除了上述三点以外的其他任务，优先考虑放到下半部。
上半部处理很简单，直接编写中断处理函数就行了，关键是下半部该怎么做呢？ Linux 内核提供了多种下半部机制，接下来我们来学习一下这些下半部机制。
1、软中断
一开始 Linux 内核提供了“bottom half”机制来实现下半部，简称“BH”。后面引入了软中断和 tasklet 来替代“BH”机制，完全可以使用软中断和 tasklet 来替代 BH，从 2.5 版本的 Linux内核开始 BH 已经被抛弃了。 Linux 内核使用结构体 softirq_action 表示软中断， softirq_action
结构体定义在文件 include/linux/interrupt.h 中，内容如下：
示例代码 51.1.2.1 softirq_action 结构体
433 struct softirq_action
434 {
435 void (*action)(struct softirq_action *);
436 };
在 kernel/softirq.c 文件中一共定义了 10 个软中断，如下所示：
示例代码 51.1.2.2 softirq_vec 数组
static struct softirq_action softirq_vec[NR_SOFTIRQS];
NR_SOFTIRQS 是枚举类型，NR_SOFTIRQS 是这个枚举列表的最后一个成员，它的作用特别一点：它用来表示枚举中软中断类型的数量。因为它是列表中的最后一个成员，它被自动赋予了前一个枚举成员（RCU_SOFTIRQ）的值加一。在实际使用中，NR_SOFTIRQS 常常用于定义数组的大小，或者在循环中作为上限，以确保循环可以遍历所有的软中断类型。定义在文件 include/linux/interrupt.h 中，定义如下：
示例代码 51.1.2.3 softirq_vec 数组
enum
{
HI_SOFTIRQ=0, /* 高优先级软中断 */
TIMER_SOFTIRQ, /* 定时器软中断 */
NET_TX_SOFTIRQ, /* 网络数据发送软中断 */
NET_RX_SOFTIRQ, /* 网络数据接收软中断 */
BLOCK_SOFTIRQ,
BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ,
TASKLET_SOFTIRQ, /* tasklet 软中断 */
SCHED_SOFTIRQ, /* 调度软中断 */
HRTIMER_SOFTIRQ, /* 高精度定时器软中断 */
RCU_SOFTIRQ, /* RCU 软中断 */
NR_SOFTIRQS
};
数组 softirq_vec 有 10 个元素。 softirq_action 结构体中的 action 成员变量就是软中断的服务函数，数组 softirq_vec 是个全局数组，因此所有的 CPU(对于 SMP 系统而言)都可以访问到。
要使用软中断，必须先使用 open_softirq 函数注册对应的软中断处理函数， open_softirq 函数原型如下：
void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action *))
nr：要开启的软中断，在示例代码 51.1.2.3 中选择一个。
action：软中断对应的处理函数。
返回值： 没有返回值。
注册好软中断以后需要通过 raise_softirq 函数触发， raise_softirq 函数原型如下：
void raise_softirq(unsigned int nr)
nr：要开启的软中断，在示例代码 51.1.2.3 中选择一个。
action：软中断对应的处理函数。
返回值： 没有返回值。
软中断必须在编译的时候静态注册！ Linux 内核使用 softirq_init 函数初始化软中断，softirq_init 函数定义在 kernel/softirq.c 文件里面，函数内容如下：
示例代码 51.1.2.4 softirq_init 函数内容
634 void __init softirq_init(void)
635 {
636 int cpu;
637
638 for_each_possible_cpu(cpu) {
639 per_cpu(tasklet_vec, cpu).tail =
640 &per_cpu(tasklet_vec, cpu).head;
641 per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).tail =
642 &per_cpu(tasklet_hi_vec, cpu).head;
643 }
644
645 open_softirq(TASKLET_SOFTIRQ, tasklet_action);
646 open_softirq(HI_SOFTIRQ, tasklet_hi_action);
647 }
oftirq_init 函数默认会打开 TASKLET_SOFTIRQ 和HI_SOFTIRQ。
2、 tasklet
tasklet 是利用软中断来实现的另外一种下半部机制，在软中断和 tasklet 之间， Linux 内核使用 tasklet_struct 结构体来表示 tasklet：
示例代码 51.1.2.5 tasklet_struct 结构体
484 struct tasklet_struct
485 {
486 struct tasklet_struct *next; /* 下一个 tasklet */
487 unsigned long state; /* tasklet 状态 */
488 atomic_t count; /* 计数器，记录对 tasklet 的引用数 */
489 void (*func)(unsigned long); /* tasklet 执行的函数 */
490 unsigned long data; /* 函数 func 的参数 */
491 };
第 489 行的 func 函数就是 tasklet 要执行的处理函数，用户定义函数内容，相当于中断处理函数。如果要使用 tasklet，必须先定义一个 tasklet，然后使用 tasklet_init 函数初始化 tasklet。
taskled_init 函数原型如下：
void tasklet_init(struct tasklet_struct *t,void (*func)(unsigned long),unsigned long data);
函数参数和返回值含义如下：
t：要初始化的 tasklet
func： tasklet 的处理函数。
data： 要传递给 func 函数的参数
返回值： 没有返回值。
也 可 以 使 用 宏 DECLARE_TASKLET 来 一 次 性 完 成 tasklet 的 定 义 和 初 始 化 ，DECLARE_TASKLET 定义在 include/linux/interrupt.h 文件中，定义如下:DECLARE_TASKLET(name, func, data)其中 name 为要定义的 tasklet 名字，这个名字就是一个 tasklet_struct 类型的时候变量， func就是 tasklet 的处理函数， data 是传递给 func 函数的参数。在上半部，也就是中断处理函数中调用 tasklet_schedule 函数就能使 tasklet 在合适的时间运行， tasklet_schedule 函数原型如下：
void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t)
函数参数和返回值含义如下：
t：要调度的 tasklet，也就是 DECLARE_TASKLET 宏里面的 name。
返回值： 没有返回值。
示例代码 51.1.2.7 tasklet 使用示例
/* 定义 taselet */
struct tasklet_struct testtasklet;
/* tasklet 处理函数 */
void testtasklet_func(unsigned long data)
{
/* tasklet 具体处理内容 */
}
/* 中断处理函数 */
irqreturn_t test_handler(int irq, void *dev_id)
{
......
/* 调度 tasklet */
tasklet_schedule(&testtasklet);
......
}
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxxx_init(void)
{
......
/* 初始化 tasklet */
tasklet_init(&testtasklet, testtasklet_func, data);
/* 注册中断处理函数 */
request_irq(xxx_irq, test_handler, 0, "xxx", &xxx_dev);
......
}
3、工作队列
工作队列是另外一种下半部执行方式，工作队列在进程上下文执行，工作队列将要推后的工作交给一个内核线程去执行，因为工作队列工作在进程上下文，因此工作队列允许睡眠或重新调度。因此如果你要推后的工作可以睡眠那么就可以选择工作队列，否则的话就只能选择软中断或 tasklet。
Linux 内核使用 work_struct 结构体表示一个工作，内容如下(省略掉条件编译)：
示例代码 51.1.2.8 work_struct 结构体
struct work_struct {
atomic_long_t data;
struct list_head entry;
work_func_t func; /* 工作队列处理函数 */
};
这些工作组织成工作队列，工作队列使用 workqueue_struct 结构体表示，内容如下：
示例代码 51.1.2.9 workqueue_struct 结构体
struct workqueue_struct {
struct list_head pwqs;
struct list_head list;
struct mutex mutex;
int work_color;
int flush_color;
atomic_t nr_pwqs_to_flush;
struct wq_flusher *first_flusher;
struct list_head flusher_queue;
struct list_head flusher_overflow;
struct list_head maydays;
struct worker *rescuer;
int nr_drainers;
int saved_max_active;
struct workqueue_attrs *unbound_attrs;
struct pool_workqueue *dfl_pwq;
char name[WQ_NAME_LEN];
struct rcu_head rcu;
unsigned int flags ____cacheline_aligned;
struct pool_workqueue __percpu *cpu_pwqs;
struct pool_workqueue __rcu *numa_pwq_tbl[];
};
每个 worker 都有一个工作队列，工作者线程处理自己工作队列中的所有工作。在实际的驱动开发中，我们只需要定义工作(work_struct)即可，关于工作队列和工作者线程我们基本不用去管。简单创建工作很简单，直接定义一个 work_struct 结构体变量即可，然后使用 INIT_WORK 宏来初始化工作， INIT_WORK 宏定义如下：
#define INIT_WORK(_work, _func)
_work 表示要初始化的工作， _func 是工作对应的处理函数。也可以使用 DECLARE_WORK 宏一次性完成工作的创建和初始化，宏定义如下：
#define DECLARE_WORK(n, f)
n 表示定义的工作(work_struct)， f 表示工作对应的处理函数。
和 tasklet 一样，工作也是需要调度才能运行的，工作的调度函数为 schedule_work，函数原型如下所示：
bool schedule_work(struct work_struct *work)
函数参数和返回值含义如下：
work： 要调度的工作。
返回值： 0 成功，其他值 失败。
关于工作队列的参考使用示例如下所示：
示例代码 51.1.2.11 工作队列使用示例
/* 定义工作(work) */
struct work_struct testwork;
/* work 处理函数 */
void testwork_func_t(struct work_struct *work);
{
/* work 具体处理内容 */
}
/* 中断处理函数 */
irqreturn_t test_handler(int irq, void *dev_id)
{
......
/* 调度 work */
schedule_work(&testwork);
......
}
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxxx_init(void)
{
......
/* 初始化 work */
INIT_WORK(&testwork, testwork_func_t);
/* 注册中断处理函数 */
request_irq(xxx_irq, test_handler, 0, "xxx", &xxx_dev);
......
}
设备树中断信息节点
如果使用设备树的话就需要在设备树中设置好中断属性信息， Linux 内核通过读取设备树中 的 中断 属性 信息 来配 置中 断。 对于 中断 控制 器 而言 ，设 备树 绑定 信息 参考 文档Documentation/devicetree/ bindings/arm/gic.txt。打开 imx6ull.dtsi 文件，其中的 intc 节点就是I.MX6ULL 的中断控制器节点，节点内容如下所示：
示例代码 51.1.3.1 中断控制器 intc 节点
1 intc: interrupt-controller@00a01000 {
2 compatible = "arm,cortex-a7-gic";
3 #interrupt-cells = <3>;
4 interrupt-controller;
5 reg = <0x00a01000 0x1000>,
6 <0x00a02000 0x100>;
7 };
第 3 行， #interrupt-cells 和#address-cells、 #size-cells 一样。表示此中断控制器下设备的 cells大小，对于设备而言，会使用 interrupts 属性描述中断信息， #interrupt-cells 描述了 interrupts 属性的 cells 大小，也就是一条信息有几个 cells。每个 cells 都是 32 位整形值，对于 ARM 处理的
GIC 来说，一共有 3 个 cells，这三个 cells 的含义如下：
第一个 cells：中断类型， 0 表示 SPI 中断， 1 表示 PPI 中断。
第二个 cells：中断号，对于 SPI 中断来说中断号的范围为 0~987，对于 PPI 中断来说中断号的范围为 0~15。
第三个 cells：标志， bit[3:0]表示中断触发类型，为 1 的时候表示上升沿触发，为 2 的时候表示下降沿触发，为 4 的时候表示高电平触发，为 8 的时候表示低电平触发。 bit[15:8]为 PPI 中断的 CPU 掩码。
第 4 行， interrupt-controller 节点为空，表示当前节点是中断控制器。
对于 gpio 来说， gpio 节点也可以作为中断控制器，比如 imx6ull.dtsi 文件中的 gpio5 节点内容如下所示：
示例代码 51.1.3.2 gpio5 设备节点
1 gpio5: gpio@020ac000 {
2 compatible = "fsl,imx6ul-gpio", "fsl,imx35-gpio";
3 reg = <0x020ac000 0x4000>;
4 interrupts = <GIC_SPI 74 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>,
5 <GIC_SPI 75 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>;
6 gpio-controller;
7 #gpio-cells = <2>;
8 interrupt-controller;
9 #interrupt-cells = <2>;
10 };
第 4 行， interrupts 描述中断源信息，对于 gpio5 来说一共有两条信息，中断类型都是 SPI，触发电平都是 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH。不同之处在于中断源，一个是 74，一个是 75，打开可以打开《IMX6ULL 参考手册》的“Chapter 3 Interrupts and DMA Events”章节，找到表 3-1，有如图 51.1.3.1 所示的内容：
①、 #interrupt-cells，指定中断源的信息 cells 个数。
②、 interrupt-controller，表示当前节点为中断控制器。
③、 interrupts，指定中断号，触发方式等。
④、 interrupt-parent，指定父中断，也就是中断控制器。
获取中断号
编写驱动的时候需要用到中断号，我们用到中断号，中断信息已经写到了设备树里面，因
此可以通过 irq_of_parse_and_map 函数从 interupts 属性中提取到对应的设备号，函数原型如下：
unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev,int index)
函数参数和返回值含义如下：
dev： 设备节点。
index：索引号， interrupts 属性可能包含多条中断信息，通过 index 指定要获取的信息。
返回值：中断号。
如果使用 GPIO 的话，可以使用 gpio_to_irq 函数来获取 gpio 对应的中断号，函数原型如
下：
int gpio_to_irq(unsigned int gpio)
函数参数和返回值含义如下：
gpio： 要获取的 GPIO 编号。
返回值： GPIO 对应的中断号。
修改设备树文件
本章实验使用到了按键 KEY0，按键 KEY0 使用中断模式，因此需要在“key”节点下添加中断相关属性，添加完成以后的“key”节点内容如下所示：
key {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "atkalpha-key";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_key>;
key-gpio = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>; /* KEY0 */
interrupt-parent = <&gpio1>;
interrupts = <18 IRQ_TYPE_EDGE_BOTH>; /* FALLING RISING */
status = "okay";
};
设置 interrupt-parent 属性值为“gpio1”，因为 KEY0 所使用的 GPIO 为GPIO1_IO18，也就是设置 KEY0 的 GPIO 中断控制器为 gpio1。
第 9 行，设置 interrupts 属性，也就是设置中断源，第一个 cells 的 18 表示 GPIO1 组的 18号 IO。IRQ_TYPE_EDGE_BOTH 定义在文件 include/linux/irq.h 中，定义如下：
示例代码 51.3.1.2 中断线状态
76 enum {
77 IRQ_TYPE_NONE = 0x00000000,
78 IRQ_TYPE_EDGE_RISING = 0x00000001,
79 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING = 0x00000002,
80 IRQ_TYPE_EDGE_BOTH = (IRQ_TYPE_EDGE_FALLING |
IRQ_TYPE_EDGE_RISING),
81 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH = 0x00000004,
82 IRQ_TYPE_LEVEL_LOW = 0x00000008,
83 IRQ_TYPE_LEVEL_MASK = (IRQ_TYPE_LEVEL_LOW |
IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH),
......
100 };
设备树编写完成以后使用“ make dtbs”命令重新编译设备树，然后使用新编译出来的imx6ull-alientek-emmc.dtb 文件启动 Linux 系统。
按键中断驱动程序编写
#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 <linux/of_irq.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
上面是该程序要用到的头文件。
#define IMX6UIRQ_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define IMX6UIRQ_NAME "imx6uirq" /* 名字 */
#define KEY0VALUE 0X01 /* KEY0按键值 */
#define INVAKEY 0XFF /* 无效的按键值 */
#define KEY_NUM 1 /* 按键数量 */
这里相比之前多了一个变量KEY_NUM。这个是记录使用到按键的数量。
/* 中断IO描述结构体 */
struct irq_keydesc {
int gpio; /* gpio */
int irqnum; /* 中断号 */
unsigned char value; /* 按键对应的键值 */
char name[10]; /* 名字 */
irqreturn_t (*handler)(int, void *); /* 中断服务函数 */
};
-
int gpio;
这个字段用于存储与按键相关联的通用输入输出（GPIO）引脚编号。GPIO 是一种通用的接口标准，用于连接微控制器和其他电子硬件（如传感器、LED灯等），在这里它指定了触发中断的具体硬件引脚。 -
int irqnum;
这个字段表示分配给该设备的中断号。在硬件设备触发中断请求（IRQ）时，操作系统通过这个中断号识别并处理中断。 -
unsigned char value;
这个字段用于表示当按键被按下时应该返回的键值。这个值通常用于软件层面，用来表示特定按键的标识。 -
char name[10];
这个字段是一个字符数组，用于存储与按键相关联的名称或标识符。这个名称用于日志、调试或显示按键信息。 -
irqreturn_t (*handler)(int, void *);
这是一个函数指针，指向当中断发生时应该调用的处理函数。这个函数负责处理中断，如读取按键状态、更新软件状态、发送事件等。函数的返回类型irqreturn_t是一个枚举，表示中断处理的结果（如成功处理、中断不属于该设备等）。函数的参数通常包括中断号和一个指向相关数据的指针。
接下来就是定义设备结构体。
/* imx6uirq设备结构体 */
struct imx6uirq_dev{
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
struct device_node *nd; /* 设备节点 */
atomic_t keyvalue; /* 有效的按键键值 */
atomic_t releasekey; /* 标记是否完成一次完成的按键，包括按下和释放 */
struct timer_list timer;/* 定义一个定时器*/
struct irq_keydesc irqkeydesc[KEY_NUM]; /* 按键描述数组 */
unsigned char curkeynum; /* 当前的按键号 */
};
接下来要定义中断服务函数具体的内容。
static irqreturn_t key0_handler(int irq, void *dev_id)
{
struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)dev_id;
dev->curkeynum = 0;
dev->timer.data = (volatile long)dev_id;
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(10)); /* 10ms定时 */
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
这句代码struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)dev_id;
在 Linux 设备驱动开发中，中断处理函数通常在初始化代码中注册到内核。这是通过调用如 request_irq 的函数完成的，其中 dev_id 是作为参数传递的。示例代码如下：
int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler,
unsigned long flags, const char *name, void *dev)
在这个函数调用中：
irq 是中断号。
handler 是中断处理函数，如 key0_handler。
flags 表示中断的属性和行为。
name 是与中断相关联的设备名。
dev 是一个指向设备特定数据的指针，这个指针在中断发生时会被传递给 handler。
接下来是定义定时器回调函数
void timer_function(unsigned long arg)
{
unsigned char value;
unsigned char num;
struct irq_keydesc *keydesc;
struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)arg;
num = dev->curkeynum;
keydesc = &dev->irqkeydesc[num];
value = gpio_get_value(keydesc->gpio); /* 读取IO值 */
if(value == 0){ /* 按下按键 */
atomic_set(&dev->keyvalue, keydesc->value);
}
else{ /* 按键松开 */
atomic_set(&dev->keyvalue, 0x80 | keydesc->value);
atomic_set(&dev->releasekey, 1); /* 标记松开按键，即完成一次完整的按键过程 */
}
}
这里面的arg参数其实就是进入按键中断复制给的定时器结构体中的data字段，也就是unsigned long data字段，这个也就是传递给function的参数。具体涉及到的可以看下图：
接下来是按键初始化函数：
static int keyio_init(void)
{
unsigned char i = 0;
int ret = 0;
imx6uirq.nd = of_find_node_by_path("/key");
if (imx6uirq.nd== NULL){
printk("key node not find!\r\n");
return -EINVAL;
}
/* 提取GPIO */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio = of_get_named_gpio(imx6uirq.nd ,"key-gpio", i);
if (imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio < 0) {
printk("can't get key%d\r\n", i);
}
}
/* 初始化key所使用的IO，并且设置成中断模式 */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
memset(imx6uirq.irqkeydesc[i].name, 0, sizeof(imx6uirq.irqkeydesc[i].name)); /* 缓冲区清零 */
sprintf(imx6uirq.irqkeydesc[i].name, "KEY%d", i); /* 组合名字 */
gpio_request(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio, imx6uirq.irqkeydesc[i].name);
gpio_direction_input(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio);
imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum = irq_of_parse_and_map(imx6uirq.nd, i);
#if 0
imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum = gpio_to_irq(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio);
#endif
printk("key%d:gpio=%d, irqnum=%d\r\n",i, imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio,
imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum);
}
/* 申请中断 */
imx6uirq.irqkeydesc[0].handler = key0_handler;
imx6uirq.irqkeydesc[0].value = KEY0VALUE;
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
ret = request_irq(imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum, imx6uirq.irqkeydesc[i].handler,
IRQF_TRIGGER_FALLING|IRQF_TRIGGER_RISING, imx6uirq.irqkeydesc[i].name, &imx6uirq);
if(ret < 0){
printk("irq %d request failed!\r\n", imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum);
return -EFAULT;
}
}
/* 创建定时器 */
init_timer(&imx6uirq.timer);
imx6uirq.timer.function = timer_function;
return 0;
}
其中上面程序完成的任务主要是初始化按键io口的中断模式。以及申请中断，以及创建定时器。
其中上面涉及到的一个函数为：irq_of_parse_and_map 函数，该函数是一个用于从设备树中解析和映射中断的重要函数。它通常用于基于设备树的平台（如 ARM 架构的嵌入式系统），允许驱动程序从设备树中提取出中断信息，并将其转换为可以在驱动中使用的中断号。
函数原型
irq_of_parse_and_map 的函数原型通常如下所示：
unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *node, int index);
参数解释
node: 指向设备树节点的指针，这个节点包含了当前设备的信息。
index: 中断索引，这是因为一个设备可能有多个中断源。索引用于指定我们想要解析和映射的特定中断。
接下来就是设备open函数：
/*
* @description : 打开设备
* @param - inode : 传递给驱动的inode
* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int imx6uirq_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
filp->private_data = &imx6uirq; /* 设置私有数据 */
return 0;
}
设备读函数如下：
static ssize_t imx6uirq_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int ret = 0;
unsigned char keyvalue = 0;
unsigned char releasekey = 0;
struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)filp->private_data;
keyvalue = atomic_read(&dev->keyvalue);
releasekey = atomic_read(&dev->releasekey);
if (releasekey) { /* 有按键按下 */
if (keyvalue & 0x80) {
keyvalue &= ~0x80;
ret = copy_to_user(buf, &keyvalue, sizeof(keyvalue));
} else {
goto data_error;
}
atomic_set(&dev->releasekey, 0);/* 按下标志清零 */
} else {
goto data_error;
}
return 0;
data_error:
return -EINVAL;
}
接下来设备初始化和退出函数：
static int __init imx6uirq_init(void)
{
/* 1、构建设备号 */
if (imx6uirq.major) {
imx6uirq.devid = MKDEV(imx6uirq.major, 0);
register_chrdev_region(imx6uirq.devid, IMX6UIRQ_CNT, IMX6UIRQ_NAME);
} else {
alloc_chrdev_region(&imx6uirq.devid, 0, IMX6UIRQ_CNT, IMX6UIRQ_NAME);
imx6uirq.major = MAJOR(imx6uirq.devid);
imx6uirq.minor = MINOR(imx6uirq.devid);
}
/* 2、注册字符设备 */
cdev_init(&imx6uirq.cdev, &imx6uirq_fops);
cdev_add(&imx6uirq.cdev, imx6uirq.devid, IMX6UIRQ_CNT);
/* 3、创建类 */
imx6uirq.class = class_create(THIS_MODULE, IMX6UIRQ_NAME);
if (IS_ERR(imx6uirq.class)) {
return PTR_ERR(imx6uirq.class);
}
/* 4、创建设备 */
imx6uirq.device = device_create(imx6uirq.class, NULL, imx6uirq.devid, NULL, IMX6UIRQ_NAME);
if (IS_ERR(imx6uirq.device)) {
return PTR_ERR(imx6uirq.device);
}
/* 5、初始化按键 */
atomic_set(&imx6uirq.keyvalue, INVAKEY);
atomic_set(&imx6uirq.releasekey, 0);
keyio_init();
return 0;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit imx6uirq_exit(void)
{
unsigned int i = 0;
/* 删除定时器 */
del_timer_sync(&imx6uirq.timer); /* 删除定时器 */
/* 释放中断 */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
free_irq(imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum, &imx6uirq);
gpio_free(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio);
}
cdev_del(&imx6uirq.cdev);
unregister_chrdev_region(imx6uirq.devid, IMX6UIRQ_CNT);
device_destroy(imx6uirq.class, imx6uirq.devid);
class_destroy(imx6uirq.class);
}
module_init(imx6uirq_init);
module_exit(imx6uirq_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");
按键测试程序编写
#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"
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : imx6uirqApp.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : 定时器测试应用程序
其他 : 无
使用方法 ：./imx6uirqApp /dev/imx6uirq 打开测试App
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/7/26 左忠凯创建
***************************************************************/
/*
* @description : main主程序
* @param - argc : argv数组元素个数
* @param - argv : 具体参数
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
int ret = 0;
char *filename;
unsigned char data;
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) {
ret = read(fd, &data, sizeof(data));
if (ret < 0) { /* 数据读取错误或者无效 */
} else { /* 数据读取正确 */
if (data) /* 读取到数据 */
printf("key value = %#X\r\n", data);
}
}
close(fd);
return ret;
}
测试现象如下图所示：
本文来自博客园，作者：Bathwind_W，转载请注明原文链接：https://www.cnblogs.com/bathwind/p/18257361
