一、原子操作
linux驱动中为了处理对共享资源的并发访问，引入了原子操作。原子操作就是指不能再进一步分割的操作，一般原子操作用于变量或者位操作。 Linux 内核提供了两组原子操作 API 函数，一组是对整形变量进行操作的，一组是对位进行操作的。
1.1、原子整形操作 API 函数
Linux 内核定义了叫做 atomic_t 的结构体来完成整形数据的原子操作，在使用中用原子变量来代替整形变量，此结构体定义在 include/linux/types.h 文件中。常用的API有：
ATOMIC_INIT(int i)
定义原子变量的时候对其初始化。
int atomic_read(atomic_t *v)
读取 v 的值，并且返回。
void atomic_set(atomic_t *v, int i)
向 v 写入 i 值
void atomic_add(int i, atomic_t *v)
给 v 加上 i 值
void atomic_sub(int i, atomic_t *v)
从 v 减去 i 值
1.2、原子位操作 API 函数
原子位操作是直接对内存进行操作，常用API 函数有
void set_bit(int nr, void *p)
将 p 地址的第 nr 位置 1。
void clear_bit(int nr,void *p)
将 p 地址的第 nr 位清零。
void change_bit(int nr, void *p)
将 p 地址的第 nr 位进行翻转。
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 */
atomic_t lock; /* 原子变量 */
};
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)
{
/* 通过判断原子变量的值来检查LED有没有被别的应用使用 */
if (!atomic_dec_and_test(&gpioled.lock)) {
atomic_inc(&gpioled.lock); /* 小于0的话就加1,使其原子变量等于0 */
return -EBUSY; /* LED被使用，返回忙 */
}
filp->private_data = &gpioled; /* 设置私有数据 */
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)
{
struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
/* 关闭驱动文件的时候释放原子变量 */
atomic_inc(&dev->lock);
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 : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init led_init(void)
{
int ret = 0;
/* 初始化原子变量 */
atomic_set(&gpioled.lock, 1); /* 原子变量初始值为1 */
/* 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);
/* 3、设置GPIO1_IO03为输出，并且输出高电平，默认关闭LED灯 */
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
#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, retvalue;
char *filename;
unsigned char cnt = 0;
unsigned char databuf[1];
if(argc != 3){
printf("Error Usage!\r\n");
return -1;
}
filename = argv[1];
/* 打开beep驱动 */
fd = open(filename, O_RDWR);
if(fd < 0){
printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
return -1;
}
databuf[0] = atoi(argv[2]); /* 要执行的操作：打开或关闭 */
/* 向/dev/gpioled文件写入数据 */
retvalue = write(fd, databuf, sizeof(databuf));
if(retvalue < 0){
printf("LED Control Failed!\r\n");
close(fd);
return -1;
}
/* 模拟占用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); /* 关闭文件 */
if(retvalue < 0){
printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
return -1;
}
return 0;
}
三、运行测试
将编译出来的 led.ko文件拷贝到/lib/modules/5.10.17-v7l+/ 目录中，输入如下命令加载 led.ko 驱动模块：
sudo depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
sudo modprobe ledtest//加载驱动
dmesg //查看模块打印信息
驱动加载成功以后会自动在/dev 目录下创建设备节点文件/dev/ledtest。驱动加载成功以后就可以使用 App 软件来测试驱动是否工作正常，输入如下命令以后台运行模式打开 LED 灯，“&”表示在后台运行 App 这个软件：
./App /dev/ledtest 1& //打开 LED 灯
输出了“App running times:1”和“App running times:2”，这就是模拟 25S 占用，说明 App 这个软件正在使用 LED 灯。此时再输入如下命令关闭 LED 灯：
./App /dev/ledtest 0 //关闭 LED 灯
会出现打开/dev/ledtest 失败！原因是运行的 APP软件正在用/dev/ledtest ，如果再次运行 App 软件去操作/dev/ledtest 肯定会失败。必须App运行结束，也就是25S结束以后其他软件才能去操作/dev/ledtest 。这个就是采用原子变量实现一次只能有一个应用程序访问 LED 灯。