原子操作
目的：同一时刻只能有一个应用程序app打开/dev/buttons。
读出、修改、写回 并不是很快就结束的，有可能被打断。因为linux是多任务，在A执行过程中，有可能换成B程序来执行。
原子操作函数：(原子：不可再分)
原子变量操作是Linux的一种简单的同步机制，在操作过程中不会被打断的操作。
原子变量操作不会只执行一半，又去执行其他代码。原子变量操作要么执行完毕，要么一点也不执行。
在驱动程序中修改：
1、定义一个原子变量canopen ：
static atomic_t canopen = ATOMIC_INIT(1); //定义原子变量并初始化为1
2、在open函数：
static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
...
//自减。如果等于0，返回true，不会执行到这里
//假设，已经被调用了一次后，canopen值为0，自减为-1，atomic_dec_and_test返回false，就会执行这里
{
atomic_inc(&canopen);//刚才自减，应该把之前加回去， 加1，为了让其他进程能够打开设备
return -EBUSY;//已经打开
}
...
return 0;//成功
}
3、在close函数：
int sixth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
atomic_inc(&canopen); //释放设备，加1，为了让其他进程能够打开设备
...
return 0;
}
在测试应用程序修改：
int main(int argc, char **argv)
if (fd < 0)
{
printf("can't open!\n");
return -1; //不能打开，返回-1
}
读出、修改、写回，atomic_dec_and_test(&canopen)都是在这里一次性完成，中间不会被打断。
结果：
信号量
目的：同一时刻，只能有一个应用程序打开驱动程序。
信号量：
信号量（semaphore）是用于保护临界区的一种常用方法，只有得到信号量的进程才能执行临界区代码。
当获取不到信号量，进程进入休眠等待状态。
操作之前，先申请信号量，如果申请不了信号量，要么返回，要么休眠。如果申请到了，就可以往下操作。操作完毕，就要释放信号量。如果有其他程序在等待信号量，就唤醒那么应用程序。
信号量的操作函数：
获得信号量：
down_trylock:试图获取信号量，如果获取不到信号量，就会立刻返回非0值，不会导致调用者休眠。
down_interruptible:进入睡眠状态的进程能被信号打断。
在驱动程序中修改：
1、定义信号量：
static DECLARE_MUTEX(button_lock); //定义互斥锁 （这个宏，定义和初始化信号量）
2、获得信号量：
static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
/* 获取信号量 */
/* 如果第一次执行open，可以获得信号量，如果是再次调用open,就会无法获得信号量，就会在这里陷入休眠 */
down(&button_lock);//获取不到信号量，就会休眠
}
3、释放信号量：
int sixth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
....
up(&button_lock);
return 0;
先把之前的程序给卸载：
执行结果：（在后台执行两次应用程序）
第一次在后台运行程序，PID是867，状态是S（休眠）；第二次运行程序，PID是868，状态是D（不可中断的睡眠状态）。
1、D状态：“僵死”，不可中断的睡眠状态。
因为在open函数里，第二次无法获取信号量，就会在down(&button_lock)陷入休眠。
2、休眠什么时候才会唤醒？
只有第一个应用程序close函数的up(&button_lock)释放信号量后，才会唤醒。
杀死第一个程序，而第二个程序就会被唤醒后，原来PID868属于D状态，现在PID868属于S休眠状态（正常））
阻塞
阻塞操作：
读一个按键值，如果当前没有按键按下，一直等待，知道有按键按下才会返回。（阻塞 是指在执行设备操作时，若不能获得资源则挂起进程，直到满足可操作的条件后再进行操作。被挂起的进程进入休眠状态，被从调度器的运行队列移走，直到等待的条件被满足）
非阻塞操作：
读一个按键值，如果当前没有按键按下，立刻返回，返回一个错误。（非阻塞 是指进程在不能进行设备操作时并不挂起，它或者放弃，或者不停地查询，直至可以进行操作为止）
怎么区分阻塞和非阻塞呢？
测试程序，open传入的参数，如果传入一个标记位NONBLOCK，就是非阻塞，否则，默认情况下是阻塞操作。
阻塞操作：
修改驱动程序：
1、
static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
if (file->f_flags & O_NONBLOCK)//标记位获取，如果flags是O_NONBLOCK
{
//非阻塞
if( down_trylock(&button_lock))//如果open打不开就返回错误，
{
//down_trylock获得信号量，返回0，否则返回非0值
return -EBUSY;
}
}
else
{
//阻塞
/* 获取信号量 */
down(&button_lock);//无法获取信号量，休眠
}
}
2、
ssize_t sixth_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
if( down_trylock(&button_lock))
{
//非阻塞
if (!ev_press) //如果没有按键发生
return EAGAIN; //再次来执行
}
else//阻塞
{
/* 如果没有按键动作，休眠，休眠：让出CPU */
/* 休眠时，把进程挂在button_wq 队列里 */
/* 如果休眠后被唤醒，就会从这里继续往下执行 */
/* 一开始没有按键按下，ev_press = 0 */
wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);//ev_press=0,休眠,让我们的测试程序休眠;ev_press!=0,直接往下运行
}
return 1;
}
修改测试应用程序：
while (1)
{
read(fd, &key_val, 1); //读取按键值，这就是为什么把fd作为全局变量的原因
printf("key_val:0x%x\n", key_val);
}
结果如下：（对于阻塞方式，如果没有按键按下，一直休眠。如果有返回值，是一个正确的值）
非阻塞操作：（一读就会返回）
驱动程序要对“O_NONBLOCK”这个标记进行处理。
修改测试应用程序：
int main(int argc, char **argv)
{
fd = open("/dev/buttons", O_RDWR | O_NONBLOCK);
while (1)
{
ret = read(fd, &key_val, 1); //读取按键值，这就是为什么把fd作为全局变量的原因
printf("key_val:0x%x, ret = %d\n", key_val, ret);
sleep(5); //单位是秒，5秒。非阻塞，一读就会返回，会打印一大堆东西
}
}
结果如下：
非阻塞，如果没有按键按下，立刻返回，返回值为-1。如果有按键按下，会返回1。
完整的驱动程序：sixth_drv.c
/*
一、驱动框架：
1.先定义file_operations结构体，其中有对设备的打开，读和写的操作函数。
2.分别定义相关的操作函数
3.定义好对设备的操作函数的结构体（file_operations）后，将其注册到内核的file_operations结构数组中。
此设置的主设备号为此结构在数组中的下标。
4.定义出口函数：卸载注册到内核中的设备相关资源
5.修饰 入口 和 出口函数
6.给系统提供更多的内核消息，在sys目录下提供设备的相关信息。应用程序udev可以据此自动创建设备节点，
创建一个class设备类，在此类下创建设备
*/
#include <linux/module.h> //内涵头文件，含有一些内核常用函数的原形定义。
#include <linux/kernel.h> //最基本的文件，支持动态添加和卸载模块。Hello World驱动要这一个文件就可以。
#include <linux/fs.h> //包含了文件操作相关的struct的定义，例如struct file_operations
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/uaccess.h> //包含了copy_to_user、copy_from_user等内核访问用户进程内存地址的函数定义
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h> //包含了ioremap、ioread等内核访问IO内存等函数的定义
#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/hardware.h>
#include <linux/poll.h>
static struct class *sixthdrv_class; //一个类
static struct class_device *sixthdrv_class_dev; //一个类里面再建立一个设备
volatile unsigned long *gpfcon;
volatile unsigned long *gpfdat;
volatile unsigned long *gpgcon;
volatile unsigned long *gpgdat;
/* 下面两个是定义休眠函数的参数 */
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);
/* 中断时间标志，中断服务程序将它置1，sixth_drv_read将它清0 */
static volatile int ev_press=0;
static struct fasync_struct *button_async;
/* 引脚描述的结构体 */
struct pin_desc{
unsigned int pin;
unsigned int key_val;
};
/* 键值：按下时，0x01，0x02，0x03，0x04 */
/* 键值：松开时，0x81，0x82，0x83，0x84 */
static unsigned char keyval; //键值
/* 在request_irq函数中把结构体传进去 */
struct pin_desc pins_desc[4] = { //键值先赋初始值0x01,0x02,0x03,0x04
{S3C2410_GPF0, 0x01}, //pin=S3C2410_GPF0, key_val(按键值)=0x01
{S3C2410_GPF2, 0x02}, //pin=S3C2410_GPF2, key_val(按键值)=0x02
{S3C2410_GPG3, 0x03}, //pin=S3C2410_GPF3, key_val(按键值)=0x03
{S3C2410_GPG11, 0x04}, //pin=S3C2410_GPF11, key_val(按键值)=0x04
};
//static atomic_t canopen = ATOMIC_INIT(1); //定义原子变量并初始化为1
static DECLARE_MUTEX(button_lock); //定义互斥锁
/*
* 确定按键值
*/
static irqreturn_t button_irq(int irq, void *dev_id) //中断处理函数
{
/* irq = IRQ_EINT0 …… */
/* dev_id = 结构体struct pins_desc */
struct pin_desc * pindesc = (struct pin_desc *)dev_id;
unsigned int pinval;
/* 读取引脚PIN值 */
pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);
/* 确定按键值,按下管脚低电平，松开管脚高电平 */
if(pinval)
{
/* 松开 */
keyval = 0x80 | pindesc->key_val; //规定的：0x8X
}
else
{
/* 按下 */
keyval = pindesc->key_val; //0x0X
}
/* 唤醒 */
ev_press = 1; /* 表示中断发生了 */
wake_up_interruptible(&button_waitq); /* 唤醒休眠的进程,去button_wq队列,把挂在队列下的进程唤醒 */
//发送信号SIGIO信号给fasync_struct结构体所描述的PID，触发应用程序的SIGIO信号处理函数
kill_fasync(&button_async, SIGIO, POLL_IN); //有按键按下，就发出信号给应用程序(发给谁，是在button_async结构中定义的)
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
#if 0
//自减。如果等于0，还没有打开它
if(!atomic_dec_and_test(&canopen) != 0)
{
atomic_inc(&canopen);
return -EBUSY;
}
#endif
if (file->f_flags & O_NONBLOCK)//标记位获取，如果flags是O_NONBLOCK
{
//非阻塞
if( down_trylock(&button_lock))//如果open打不开就返回错误，
{
//down_trylock获得信号量，返回0，否则返回非0值
return -EBUSY;
}
}
else
{
//阻塞
/* 获取信号量 */
down(&button_lock);//无法获取信号量，休眠
}
/* 配置GPF0,2为输入引脚 */
/* 配置GPF3,11为输入引脚 */
/* request_irq函数的第五个参数是void *,为无类型指针，可以指向任何数据类型 */
request_irq(IRQ_EINT0, button_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S2", &pins_desc[0]);
request_irq(IRQ_EINT2, button_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S3", &pins_desc[1]);
request_irq(IRQ_EINT11, button_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S4", &pins_desc[2]);
request_irq(IRQ_EINT19, button_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S5", &pins_desc[3]);
return 0;
}
ssize_t sixth_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
if (size != 1)
return -EINVAL;
if( file->f_flags & O_NONBLOCK)//如果open打不开就返回错误，
{
//非阻塞
if (!ev_press)
return -EAGAIN;
}
else//阻塞
{
/* 如果没有按键动作，休眠，休眠：让出CPU */
/* 休眠时，把进程挂在button_wq 队列里 */
/* 如果休眠后被唤醒，就会从这里继续往下执行 */
/* 一开始没有按键按下，ev_press = 0 */
wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);//ev_press=0,休眠,让我们的测试程序休眠;ev_press!=0,直接往下运行
}
/* 如果有按键动作，返回键值 */
copy_to_user(buf, &keyval, 1); //把键值 拷回去
ev_press = 0; //清零，如果不清零,下次再读，立马往下执行，返回原来的值
return 1;
}
int sixth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
//atomic_inc(&canopen);
free_irq(IRQ_EINT0, &pins_desc[0]);
free_irq(IRQ_EINT2, &pins_desc[1]);
free_irq(IRQ_EINT11, &pins_desc[2]);
free_irq(IRQ_EINT19, &pins_desc[3]);
up(&button_lock);
return 0;
}
static unsigned sixth_drv_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{
unsigned int mask = 0;
//poll_wait会调用sys_poll的__pollwait函数
poll_wait(file, &button_waitq, wait); //不会立即休眠，这只是让进程挂到队列里面去。
//休眠是在"do_poll"中的"schedule_timeout()"
//ev_press=0，休眠，ev_press=1，唤醒
if (ev_press) //如果当前有数据可以返回应用程序，否则mask=0
mask |= POLLIN | POLLRDNORM;
return mask;//如果返回0，do_poll的count++就不会执行，往下就会休眠schedule_timeout()
}
static int sixth_drv_fasync(int fd, struct file * filp, int on) //设置信号发给谁
{
//测试，是否应用程序调用fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC)会执行到这里去
printk("driver: sixth_drv_fasync\n");
//fasync_helper初始化或者释放button_async
return fasync_helper(fd, filp, on, &button_async); //初始化button_async结构体后，中断服务程序才能使用kill_fasync发信号
}
static struct file_operations sixth_drv_fops = {
.owner = THIS_MODULE, /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
.open = sixth_drv_open,
.read = sixth_drv_read,
.release = sixth_drv_close,
.poll = sixth_drv_poll,
.fasync = sixth_drv_fasync,
};
int major;
static int sixth_drv_init(void)
{
major = register_chrdev(0, "sixth_drv", &sixth_drv_fops);
//创建一个类
sixthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "firstdrv");
//在这个类下面再创建一个设备
//mdev是udev的一个简化版本
//mdev应用程序，就会被内核调用，会根据类和类下面的设备这些信息
sixthdrv_class_dev = class_device_create(sixthdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons");/* /dev/buttons */
//建立地址映射：物理地址->虚拟地址
gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16); //指向的是虚拟地址，第一个参数是物理开始地址，第二个是长度（字节）
gpfdat = gpfcon + 1; //加1,实际加4个字节
gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16); //指向的是虚拟地址，第一个参数是物理开始地址，第二个是长度（字节）
gpgdat = gpgcon + 1; //加1,实际加4个字节
return 0;
}
static void sixth_drv_exit(void)
{
unregister_chrdev(major, "sixth_drv");
class_device_unregister(sixthdrv_class_dev);
class_destroy(sixthdrv_class);
iounmap(gpfcon);
iounmap(gpgcon);
return 0;
}
module_init(sixth_drv_init);
module_exit(sixth_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
完整的测试应用程序：sixthdrvtest.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h> //信号处理需要这个头文件
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>
/* sixthdrvtest
*/
int fd;
//信号处理函数会在驱动中断服务程序里，如果有按键按下，通过kill_fasync发送信号
void my_signal_fun(int signum)
{
unsigned char key_val;
read(fd, &key_val, 1); //读取按键值，这就是为什么把fd作为全局变量的原因
printf("key_val:0x%x\n", key_val);
}
int main(int argc, char **argv)
{
unsigned char key_val;
int ret;
int Oflags;
//做什么事情，需要一个信号处理函数
//在应用程序中捕捉SIGIO信号(由驱动程序发送)，接受到SIGIO信号时，执行my_signal_fun函数
//signal(SIGIO, my_signal_fun); //SIGIO：表示IO口有数据让你读和写
fd = open("/dev/buttons", O_RDWR | O_NONBLOCK);
if (fd < 0)
{
printf("can't open!\n");
return -1;
}
//把进程ID号告诉给驱动程序，否则驱动不知道发给谁
//fcntl(fd, F_SETOWN, getpid()); // 告诉内核，发给谁
//获取fd的打开方式
//Oflags = fcntl(fd, F_GETFL);//通过F_GETFL读出flags，在flags上置上"FASYNC"位
//支持F_SETFL命令的处理，每当FASYNC标志改变时， ※※驱动程序中的fasync()函数将得以执行
//将fd的打开方式设置为FASYNC---即 支持异步通知
//该行代码执行会触发 驱动程序中 file_operation->fasync函数 ---函数
//调用fasync_helper初始化一个fasync_struct结构体，该结构体描述了将要发送信号的进程PID(fasync_struct->fa_file->f_fowner->p_id)
//fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC); // 改变fasync标记，最终会调用到驱动的fasync > fasync_helper：初始化/释放fasync_struct
/* 主函数只用sleep，所有工作在"信号处理函数"中实现 */
while (1)
{
ret = read(fd, &key_val, 1); //读取按键值，这就是为什么把fd作为全局变量的原因
printf("key_val:0x%x, ret = %d\n", key_val, ret);
sleep(5);
}
return 0;
}