RK3568驱动指南｜第五期-中断-第44章共享工作队列实验

瑞芯微RK3568芯片是一款定位中高端的通用型SOC，采用22nm制程工艺，搭载一颗四核Cortex-A55处理器和Mali G52 2EE 图形处理器。RK3568 支持4K 解码和 1080P 编码，支持SATA/PCIE/USB3.0 外围接口。RK3568内置独立NPU，可用于轻量级人工智能应用。RK3568 支持安卓 11 和 linux 系统，主要面向物联网网关、NVR 存储、工控平板、工业检测、工控盒、卡拉 OK、云终端、车载中控等行业。

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第44章共享工作队列实验

在上个章节我们学习了中断下文的一种实验方式——软中断，本章节我们来学习中断下文的另一种实现方式——工作队列。工作队列是操作系统中管理和调度异步任务执行的一种机制，接下来开始学习工作队列吧。

44.1 什么是工作队列

工作队列是实现中断下半部分的机制之一，是一种用于管理任务的数据结构或机制。它通常用于多线程，多进程或分布式系统中，用于协调和分配待处理的任务给可用的工作线程或工作进程。

工作队列的基本原理是将需要执行的任务按顺序排列在队列中，并提供一组工作线程或者工作进程来处理队列中的任务。当有新的任务到达时，它们会被添加到队列的末尾，工作线程或工作进程从队列的头部获取任务，并执行相应的处理操作。

工作队列和之前学习的tasklet有什么不同呢？tasklet也是实现中断下半部分的机制之一。他们最主要的区别是tasklet不能休眠，而工作队列是可以休眠的，所以tasklet可以用来处理比较耗时间的事情，而工作队列可以处理更耗时间的事情。

工作队列将工作推后以后，会交给内核线程去执行。Linux在启动过程中会创建一个工作者内核线程，这个线程创建以后处于sleep状态。当有工作需要处理的时候，会唤醒这个线程去处理工作。

在内核中，工作队列包括共享工作队列和自定义工作队列这俩种类型。这两种类型的工作队列具有不同的特点和用途。

1 共享队列是由内核管理的全局工作队列，用于处理内核中一些系统级任务。共享工作队列是内核中一个默认工作队列，可以由多个内核组件和驱动程序共享使用。

2 自定义工作队列是由内核或驱动程序创建的特定工作队列，用于处理特定的任务。自定义工作队列通常与特定的内核模块或驱动程序相关联，用于执行该模块或驱动程序相关的任务。

本章节我们先来学习共享工作队列相关的知识。

在Linux 内核中，使用 work_struct 结构体表示一个工作项，这些工作组织成工作队列，工作队列使用 workqueue_struct 结构体表示，如下图所示，流水线相当于工作队列，流水线上一个个等待处理的物料相当于一个个工作。机器相当于内核线程或进程。

图 44-1

work_struct 结构体表示一个工作项，定义在include/linux/workqueue.h中，如下所示：

struct work_struct {
 atomic_long_t data; 
 struct list_head entry;
 work_func_t func; /* 工作队列处理函数 */
};
typedef void (*work_func_t)(struct work_struct *work);  //工作函数

44.2 工作队列相关接口函数

44.2.1 初始化函数

在实际的驱动开发中，我们只需要定义工作项(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)

INIT_WORK 宏接受两个参数：_work 和 _func，分别表示要初始化的工作项和工作项的处理函数。

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)

参数n 表示定义的工作(work_struct)，f 表示工作对应的处理函数。

44.2.2 调度/取消调度工作队列函数

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：

static inline bool schedule_work(struct work_struct *work)

参数是指向工作项的指针。这个函数作用是将工作项提交到工作队列中，并请求调度器在合适的时机执行工作项。该函数会返回一个布尔值，表示工作项是否成功被提交到工作队列。

如果想要取消该工作项的调度，使用以下函数：

bool cancel_work_sync(struct work_struct *work);

参数是指向工作项的指针。这个函数的作用是取消该工作项的调度。如果工作项已经在工作队列中，它将被从队列中移除。如果工作项已经在工作队列中，它将被从队列中移除，并等待工作项执行完成。函数返回一个布尔值，表示工作项是否成功取消。

44.3 实验程序的编写

44.3.1 驱动程序编写

本实验对应的网盘路径为：iTOP-RK3568开发板【底板V1.7版本】\03_【iTOP-RK3568开发板】指南教程\02_Linux驱动配套资料\04_Linux驱动例程\34_workqueue\module。

本实验将实现注册显示屏触摸中断，每按当触摸LCD显示屏就会触发中断服务函数，在中断服务函数中提交工作项到共享工作队列中，打印“This id test_interrupt”和“This is test_work”。

在驱动程序中的模块初始化函数中，我们将GPIO转换为中断号，并使用request_irq函数请求中断，然后初始化工作项。当中断被触发时，中断处理函数被调用，并将工作项提交到共享工作队列中，最终由工作项处理函数异步执行。编写完成的interrupt.c代码如下所示，添加的代码已加粗表示。

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/workqueue.h>
int irq;
struct work_struct test_workqueue;
// 工作项处理函数
void test_work(struct work_struct *work)
{
  msleep(1000);
  printk("This is test_work\n");
}
// 中断处理函数
irqreturn_t test_interrupt(int irq, void *args)
{
  printk("This is test_interrupt\n");
  // 提交工作项到工作队列
  schedule_work(&test_workqueue);
  return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

static int interrupt_irq_init(void)
{
  int ret;
  irq = gpio_to_irq(101); // 将GPIO映射为中断号
  printk("irq is %d\n", irq);
  // 请求中断
  ret = request_irq(irq, test_interrupt, IRQF_TRIGGER_RISING, "test", NULL);
  if (ret < 0)
  {
    printk("request_irq is error\n");
    return -1;
  }
  // 初始化工作项
  INIT_WORK(&test_workqueue, test_work);
  return 0;
}

static void interrupt_irq_exit(void)
{
  free_irq(irq, NULL); // 释放中断
  printk("bye bye\n");
}
module_init(interrupt_irq_init);
module_exit(interrupt_irq_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("topeet");

44.4 运行测试

44.4.1 编译驱动程序

在上一小节中的interrupt.c代码同一目录下创建 Makefile 文件，Makefile 文件内容如下所示：

export ARCH=arm64#设置平台架构
export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-#交叉编译器前缀
obj-m += interrupt.o    #此处要和你的驱动源文件同名
KDIR :=/home/topeet/Linux/linux_sdk/kernel    #这里是你的内核目录                                                                                                                            
PWD ?= $(shell pwd)
all:
    make -C $(KDIR) M=$(PWD) modules    #make操作
clean:
    make -C $(KDIR) M=$(PWD) clean    #make clean操作

对于Makefile的内容注释已在上图添加，保存退出之后，来到存放interrupt.c和Makefile文件目录下，如下图（图44-2）所示：

图 44-2

然后使用命令“make”进行驱动的编译，编译完成如下图（图44-3）所示：

图 44-3

编译完生成interrupt.ko目标文件，如下图（图44-4）所示：

图 44-4

至此驱动模块就编译成功了，接下来进行测试。

44.4.2 运行测试

开发板启动之后，使用以下命令进行驱动模块的加载，如下图（图44-5）所示：

insmod interrupt.ko

图44-5

加载驱动之后，可以看到申请的中断号被打印了出来，然后用手触摸连接的LVDS 7寸屏幕，打印如下图（44-6）所示：

在上图中，可以看到打印中断处理函数中添加的打印“This is test_interrupt”被多次打印，说明触发了好几次中断上文，那么中断上文会多次调度中断下文，所以也会打印工作项处理函数中添加的打印“This is test_work”。但是为什么只会打印俩次“This is test_work”呢？这是因为在中断上文调度工作项处理函数之后，内核没有来得及去执行工作项处理函数，没有执行相当于无效操作，有效的执行则打印了俩次“This is test_work”。

最后可以使用以下命令进行驱动的卸载，如下图（图44-7）所示：