文章目录
- “异步通知 ”机制：
- 信号的宏定义：
- 信号注册
- APP执行过程
- 驱动编程做的事
- 应用编程做的事
- 异步通知方式的按键驱动程序(stm32mp157)
- button_test.c
- gpio_key_drv.c
- Makefile
- 修改设备树文件
- 编译测试
“异步通知 ”机制：
信号的宏定义：
Linux 系统中也有很多信号，在 Linux 内核源文件 include\uapi\asm-generic\signal.h 中，有很多信号的宏定义：
信号注册
就 APP 而言，你想处理 SIGIO 信息，那么需要提供信号处理函数，并且要跟 SIGIO 挂钩。这可以通过一个 signal 函数来“给某个信号注册处理函数”，用法如下：
APP执行过程
重点从②开始：
② APP 给 SIGIO 这个信号注册信号处理函数 func，以后 APP 收到 SIGIO信号时，这个函数会被自动调用；
③ 把 APP 的 PID(进程 ID)告诉驱动程序，这个调用不涉及驱动程序，在内核的文件系统层次记录 PID；
④ 读取驱动程序文件 Flag；
⑤ 设置 Flag 里面的 FASYNC 位为 1：当 FASYNC 位发生变化时，会导致驱动程序的 drv_fasync 被调用；
⑥⑦ 调 用 faync_helper ， 它会根据 FAYSNC 的值决定是否设置button_async->fa_file=驱动文件 filp：驱动文件 filp 结构体里面含有之前设置的 PID。
⑧ APP 可以做其他事；
⑨⑩ 按下按键，发生中断，驱动程序的中断服务程序被调用，里面调用kill_fasync 发信号；
⑪⑫⑬ APP 收到信号后，它的信号处理函数被自动调用，可以在里面调用 read 函数读取按键。
驱动编程做的事
使用异步通知时，驱动程序的核心有 2个：
- ① 提供对应的 drv_fasync 函数；
- ② 并在合适的时机发信号。
drv_fasync 函数很简单，调用 fasync_helper 函数就可以，如下：
static struct fasync_struct *button_async;
static int drv_fasync (int fd, struct file *filp, int on)
{
return fasync_helper (fd, filp, on, &button_async);
}
fasync_helper 函数会分配 、构造一个fasync_struct 结构体button_async：
- 驱动文件的 flag 被设置为 FAYNC 时：
button_async->fa_file = filp; // filp 表示驱动程序文件，里面含有之前设置的 PID
- 驱动文件被设置为非 FASYNC 时：
button_async->fa_file = NULL;
在 GPIO 中断服务程序中发信号：想发送信号时，使用 button_async 作为参数就可以，它里面“可能”含有 PID。
kill_fasync (&button_async, SIGIO, POLL_IN);
- 第 1 个参数：button_async->fa_file 非空时，可以从中得到 PID，表示发给哪一个 APP；
- 第 2 个参数表示发什么信号：SIGIO；
- 第 3 个参数表示为什么发信号：POLL_IN，有数据可以读了。(APP 用不到这个参数)
应用编程做的事
应用程序要做的事情有这几件：
① 编写信号处理函数：
static void sig_func(int sig)
{
int val;
read(fd, &val, 4);
printf("get button : 0x%x\n", val);
}
② 注册信号处理函数：
signal(SIGIO, sig_func);
③ 打开驱动：
fd = open(argv[1], O_RDWR);
④ 把进程 ID 告诉驱动：
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
⑤ 使能驱动的 FASYNC 功能：
flags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);
异步通知方式的按键驱动程序(stm32mp157)
button_test.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>
static int fd;
static void sig_func(int sig)
{
int val;
read(fd, &val, 4);
printf("get button : 0x%x\n", val);
}
/*
* ./button_test /dev/my_gpio_key
*
*/
int main(int argc, char **argv)
{
int val;
struct pollfd fds[1];
int timeout_ms = 5000;
int ret;
int flags;
/* 1. 判断参数 */
if (argc != 2)
{
printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);
return -1;
}
signal(SIGIO, sig_func);
/* 2. 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
//设置flag为FASYNC
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
flags = fcntl(fd, F_GETFL);
fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);
while (1)
{
//验证 异步通知，不会一直占用cpu
printf("test fasync \n");
sleep(2);
}
close(fd);
return 0;
}
gpio_key_drv.c
#include <linux/module.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>
struct gpio_key{
int gpio;
struct gpio_desc *gpiod;
int flag;
int irq;
} ;
static struct gpio_key *gpio_keys_first;
/* 主设备号 */
static int major = 0;
static struct class *gpio_key_class;
/* 环形缓冲区 */
#define BUF_LEN 128
static int g_keys[BUF_LEN];
static int r, w;
struct fasync_struct *button_fasync;
#define NEXT_POS(x) ((x+1) % BUF_LEN)
static int is_key_buf_empty(void)
{
return (r == w);
}
static int is_key_buf_full(void)
{
return (r == NEXT_POS(w));
}
static void put_key(int key)
{
if (!is_key_buf_full())
{
g_keys[w] = key;
w = NEXT_POS(w);
}
}
static int get_key(void)
{
int key = 0;
if (!is_key_buf_empty())
{
key = g_keys[r];
r = NEXT_POS(r);
}
return key;
}
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_key_wait);
/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 */
static ssize_t gpio_key_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
int err;
int key;
wait_event_interruptible(gpio_key_wait, !is_key_buf_empty());
key = get_key();
err = copy_to_user(buf, &key, 4);
return 4;
}
static unsigned int gpio_key_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
poll_wait(fp, &gpio_key_wait, wait);
return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
}
static int gpio_key_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{
if (fasync_helper(fd, file, on, &button_fasync) >= 0)
return 0;
else
return -EIO;
}
/* 定义自己的file_operations结构体 */
static struct file_operations gpio_key_drv = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = gpio_key_drv_read,
.poll = gpio_key_drv_poll,
.fasync = gpio_key_drv_fasync,
};
static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{
struct gpio_key *gpio_key = dev_id;
int val;
int key;
val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);
printk("key %d %d\n", gpio_key->gpio, val);
key = (gpio_key->gpio << 8) | val;
put_key(key);
wake_up_interruptible(&gpio_key_wait);
kill_fasync(&button_fasync, SIGIO, POLL_IN);
return IRQ_HANDLED;
}
/* 1. 从platform_device获得GPIO
* 2. gpio=>irq
* 3. request_irq
*/
static int gpio_key_probe(struct platform_device *pdev)
{
int err;
struct device_node *node = pdev->dev.of_node;
int count;
int i;
enum of_gpio_flags flag;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
count = of_gpio_count(node);
if (!count)
{
printk("%s %s line %d, there isn't any gpio available\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return -1;
}
gpio_keys_first= kzalloc(sizeof(struct gpio_key) * count, GFP_KERNEL);
for (i = 0; i < count; i++)
{
gpio_keys_first[i].gpio = of_get_gpio_flags(node, i, &flag);
if (gpio_keys_first[i].gpio < 0)
{
printk("%s %s line %d, of_get_gpio_flags fail\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
return -1;
}
gpio_keys_first[i].gpiod = gpio_to_desc(gpio_keys_first[i].gpio);
gpio_keys_first[i].flag = flag & OF_GPIO_ACTIVE_LOW;
gpio_keys_first[i].irq = gpio_to_irq(gpio_keys_first[i].gpio);
}
for (i = 0; i < count; i++)
{
err = request_irq(gpio_keys_first[i].irq, gpio_key_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "my_gpio_key", &gpio_keys_first[i]);
}
/* 注册file_operations */
major = register_chrdev(0, "my_gpio_key", &gpio_key_drv); /* /dev/gpio_key */
gpio_key_class = class_create(THIS_MODULE, "my_gpio_key_class");
if (IS_ERR(gpio_key_class)) {
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
unregister_chrdev(major, "my_gpio_key");
return PTR_ERR(gpio_key_class);
}
device_create(gpio_key_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "my_gpio_key"); /* /dev/my_gpio_key */
return 0;
}
static int gpio_key_remove(struct platform_device *pdev)
{
//int err;
struct device_node *node = pdev->dev.of_node;
int count;
int i;
device_destroy(gpio_key_class, MKDEV(major, 0));
class_destroy(gpio_key_class);
unregister_chrdev(major, "my_gpio_key");
count = of_gpio_count(node);
for (i = 0; i < count; i++)
{
free_irq(gpio_keys_first[i].irq, &gpio_keys_first[i]);
}
kfree(gpio_keys_first);
return 0;
}
static const struct of_device_id my_keys[] = {
{ .compatible = "first_key,gpio_key" },
{ },
};
/* 1. 定义platform_driver */
static struct platform_driver gpio_keys_driver = {
.probe = gpio_key_probe,
.remove = gpio_key_remove,
.driver = {
.name = "my_gpio_key",
.of_match_table = my_keys,
},
};
/* 2. 在入口函数注册platform_driver */
static int __init gpio_key_init(void)
{
int err;
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
err = platform_driver_register(&gpio_keys_driver);
return err;
}
/* 3. 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数
* 卸载platform_driver
*/
static void __exit gpio_key_exit(void)
{
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
platform_driver_unregister(&gpio_keys_driver);
}
/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点 */
module_init(gpio_key_init);
module_exit(gpio_key_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
Makefile
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = /home/book/100ask_stm32mp157_pro-sdk/Linux-5.4
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
$(CROSS_COMPILE)gcc -o button_test button_test.c
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order button_test
# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o
obj-m += gpio_key_drv.o
修改设备树文件
对于一个引脚要用作中断时，
- a) 要通过 PinCtrl 把它设置为 GPIO 功能；【ST 公司对于 STM32MP157 系列芯片，GPIO 为默认模式 不需要再进行配置Pinctrl 信息】
- b) 表明自身：是哪一个 GPIO 模块里的哪一个引脚【修改设备树】
打开内核的设备树文件：arch/arm/boot/dts/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dts
gpio_keys_first {
compatible = "first_key,gpio_key";
gpios = <&gpiog 3 GPIO_ACTIVE_LOW
&gpiog 2 GPIO_ACTIVE_LOW>;
};
与此同时，需要把用到引脚的节点禁用
注意，如果其他设备树文件也用到该节点，需要设置属性为disabled状态，在arch/arm/boot/dts目录下执行如下指令查找哪些设备树用到该节点
grep "&gpiog" * -nr
如果用到该节点，需要添加属性去屏蔽：
status = "disabled";
编译测试
首先要设置 ARCH、CROSS_COMPILE、PATH 这三个环境变量后，进入 ubuntu 上板子内核源码的目录，在Linux内核源码根目录下，执行如下命令即可编译 dtb 文件：
make dtbs V=1
编译好的文件在路径由DTC指定，移植设备树到开发板的共享文件夹中，先保存源文件，然后覆盖源文件，重启后会挂载新的设备树，进入该目录查看是否有新添加的设备节点
cd /sys/firmware/devicetree/base
编译驱动程序，在Makefile文件目录下执行make指令，此时，目录下有编译好的内核模块gpio_key_drv.ko和可执行文件button_test文件移植到开发板上
确定一下烧录系统：cat /proc/mounts，查看boot分区挂载的位置，将其重新挂载在boot分区：mount /dev/mmcblk2p2 /boot，然后将共享文件夹里面的设备树文件拷贝到boot目录下，这样的话设备树文件就在boot目录下
cp /mnt/stm32mp157c-100ask-512d-lcd-v1.dtb /boot
重启后挂载，运行
insmod -f gpio_key_drv.ko // 强制安装驱动程序
ls /dev/my_gpio_key
./button_test /dev/my_gpio_key & //后台运行，此时prink函数打印的内容看不到
然后按下按键
