一、自旋锁
当一个线程要访问某个共享资源的时候首先要先获取相应的锁， 锁只能被一个线程持有，只要此线程不释放持有的锁，那么其他的线程就不能获取此锁。对于自旋锁而言，如果自旋锁正在被线程 A 持有，线程 B 想要获取自旋锁，那么线程 B 就会处于忙循环-旋转-等待状态，线程 B 不会进入休眠状态或者说去做其他的处理。
自旋锁的“自旋”也就是“原地打转”的意思，“原地打转”的目的是为了等待自旋锁可以用，可以访问共享资源。把自旋锁比作一个变量 a，变量 a=1 的时候表示共享资源可用，当 a=0的时候表示共享资源不可用。现在线程 A 要访问共享资源，发现 a=0(自旋锁被其他线程持有)，那么线程 A 就会不断的查询 a 的值，直到 a=1。从这里我们可以看到自旋锁的一个缺点：那就等待自旋锁的线程会一直处于自旋状态，这样会浪费处理器时间，降低系统性能，所以自旋锁的持有时间不能太长。所以自旋锁适用于短时期的轻量级加锁。
Linux 内核使用结构体 spinlock_t 表示自旋锁。
1.1、自旋锁 API 函数
最基本的自旋锁 API 函数：
DEFINE_SPINLOCK(spinlock_t lock)
定义并初始化一个自选变量。
int spin_lock_init(spinlock_t *lock)
初始化自旋锁。
void spin_lock(spinlock_t *lock)
获取指定的自旋锁，也叫做加锁。
void spin_unlock(spinlock_t *lock)
释放指定的自旋锁。
int spin_trylock(spinlock_t *lock)
尝试获取指定的自旋锁，如果没有获取到就返回 0
int spin_is_locked(spinlock_t *lock)
检查指定的自旋锁是否被获取，如果没有被获取就返回非 0，否则返回 0。
1.2、自旋锁使用注意事项
①、因为在等待自旋锁的时候处于“自旋”状态，因此锁的持有时间不能太长，一定要短，否则的话会降低系统性能。如果临界区比较大，运行时间比较长的话要选择其他的并发处理方式，比如稍后要讲的信号量和互斥体。
②、自旋锁保护的临界区内不能调用任何可能导致线程休眠的 API 函数，否则的话可能导致死锁。
③、不能递归申请自旋锁，因为一旦通过递归的方式申请一个你正在持有的锁，那么你就必须“自旋”，等待锁被释放，然而你正处于“自旋”状态，根本没法释放锁。结果就是自己把自己锁死了！
④、在编写驱动程序的时候我们必须考虑到驱动的可移植性，因此不管用的是单核的还是多核的 SOC，都将其当做多核 SOC 来编写驱动程序。
二、编写驱动程序
2.1 修改设备树文件
ledtest{
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "ledtest";
pinctrl-names = "default";
linux,default-trigger = "input";
gpios = <&gpio 26 0>;
status = "okay";
};
2.2、LED 驱动修改
#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 <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#define GPIOLED_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define GPIOLED_NAME "ledtest" /* 名字 */
#define LEDOFF 0 /* 关灯 */
#define LEDON 1 /* 开灯 */
/* gpioled设备结构体 */
struct gpioled_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 */
int led_gpio; /* led所使用的GPIO编号 */
int dev_stats; /* 设备使用状态，0，设备未使用;>0,设备已经被使用 */
spinlock_t lock; /* 自旋锁 */
};
struct gpioled_dev gpioled; /* led设备 */
/*
* @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 led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
unsigned long flags;
filp->private_data = &gpioled; /* 设置私有数据 */
spin_lock_irqsave(&gpioled.lock, flags); /* 上锁 */
if (gpioled.dev_stats) {
/* 如果设备被使用了 */
spin_unlock_irqrestore(&gpioled.lock, flags);/* 解锁 */
return -EBUSY;
}
gpioled.dev_stats++; /* 如果设备没有打开，那么就标记已经打开了 */
spin_unlock_irqrestore(&gpioled.lock, flags);/* 解锁 */
return 0;
}
/*
* @description : 从设备读取数据
* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
* @param - cnt : 要读取的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
*/
static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
return 0;
}
/*
* @description : 向设备写数据
* @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
* @param - buf : 要写给设备写入的数据
* @param - cnt : 要写入的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
*/
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]; /* 获取状态值 */
if(ledstat == LEDON) {
gpio_set_value(dev->led_gpio, 0); /* 打开LED灯 */
} else if(ledstat == LEDOFF) {
gpio_set_value(dev->led_gpio, 1); /* 关闭LED灯 */
}
return 0;
}
/*
* @description : 关闭/释放设备
* @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
unsigned long flags;
struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
/* 关闭驱动文件的时候将dev_stats减1 */
spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags); /* 上锁 */
if (dev->dev_stats) {
dev->dev_stats--;
}
spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);/* 解锁 */
return 0;
}
/* 设备操作函数 */
static struct file_operations gpioled_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = led_open,
.read = led_read,
.write = led_write,
.release = led_release,
};
/*
* @description : 驱动入口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init led_init(void)
{
int ret = 0;
/* 初始化自旋锁 */
spin_lock_init(&gpioled.lock);
/* 设置LED所使用的GPIO */
/* 1、获取设备节点：gpioled */
gpioled.nd = of_find_node_by_path("/ledtest");
if(gpioled.nd == NULL) {
printk("ledtest node not find!\r\n");
return -EINVAL;
} else {
printk("ledtest node find!\r\n");
}
/* 2、 获取设备树中的gpio属性，得到LED所使用的LED编号 */
gpioled.led_gpio = of_get_named_gpio(gpioled.nd, "gpios", 0);
if(gpioled.led_gpio < 0) {
printk("can't get gpios");
return -EINVAL;
}
printk("gpios num = %d\r\n", gpioled.led_gpio);
ret = gpio_direction_output(gpioled.led_gpio, 1);
if(ret < 0) {
printk("can't set gpio!\r\n");
}
/* 注册字符设备驱动 */
/* 1、创建设备号 */
if (gpioled.major) {
/* 定义了设备号 */
gpioled.devid = MKDEV(gpioled.major, 0);
register_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME);
} else {
/* 没有定义设备号 */
alloc_chrdev_region(&gpioled.devid, 0, GPIOLED_CNT, GPIOLED_NAME); /* 申请设备号 */
gpioled.major = MAJOR(gpioled.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
gpioled.minor = MINOR(gpioled.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
}
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、添加一个cdev */
cdev_add(&gpioled.cdev, gpioled.devid, GPIOLED_CNT);
/* 4、创建类 */
gpioled.class = class_create(THIS_MODULE, GPIOLED_NAME);
if (IS_ERR(gpioled.class)) {
return PTR_ERR(gpioled.class);
}
/* 5、创建设备 */
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 : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit led_exit(void)
{
/* 注销字符设备驱动 */
cdev_del(&gpioled.cdev);/* 删除cdev */
unregister_chrdev_region(gpioled.devid, GPIOLED_CNT); /* 注销设备号 */
device_destroy(gpioled.class, gpioled.devid);
class_destroy(gpioled.class);
}
module_init(led_init);
module_exit(led_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zsx");
2.3、编写测试APP
测试 APP 使用https://blog.csdn.net/xxxx123041/article/details/120421290中的 App.c 即可。
三、运行测试
运行测试方法也和https://blog.csdn.net/xxxx123041/article/details/120421290中的测试方法基本相同。