本帖最后由 正点原子运营 于 2023-6-13 14:48 编辑
第二十七章 Linux内核定时器实验
1）实验平台：正点原子 DFZU2EG_4EV MPSoC开发板
2) 章节摘自【正点原子】DFZU2EG_4EV MPSoC开发板之嵌入式Linux 驱动开发指南 V1.0
6）Linux技术交流QQ群:299746173
定时器是我们最常用到的功能，一般用来完成定时功能，本章我们就来学习一下Linux内核提供的定时器API函数，通过这些定时器API函数我们可以完成很多要求定时的应用。Linux内核也提供了短延时函数，比如毫秒、微秒、纳秒延时函数，本章我们就来学习一下这些和时间有关的功能。
27.1 Linux内核时间管理和定时器简介
27.1.1 内核时间管理简介学习过UCOS或FreeRTOS的同学应该知道，UCOS或FreeRTOS是需要硬件定时器来提供系统时钟的，一般使用Systick作为系统时钟源。同理，Linux要运行，也是需要一个系统时钟的，至于这个系统时钟是由哪个定时器提供的，笔者没有去研究过Linux内核，但是在Cortex-A53内核中有个通用定时器，在《Arm Cortex-A53 MPCore Processor Technical Reference Manual.pdf》的“10:Generic Timer”章节有简单的讲解，关于这个通用定时器的详细内容，可以参考《ARM Architecture Reference Manual for A-profilearchitecture.pdf》的“chapter D7The Generic Timer”章节。这个通用定时器是可选的，按照笔者学习FreeRTOS和STM32的经验，猜测Linux会将这个通用定时器作为Linux系统时钟源(前提是SOC得选配这个通用定时器)。具体是怎么做的笔者没有深入研究过，这里仅仅是猜测！不过对于我们Linux驱动编写者来说，不需要深入研究这些具体的实现，只需要掌握相应的API函数即可，除非你是内核编写者或者内核爱好者。
Linux内核中有大量的函数需要时间管理，比如周期性的调度程序、延时程序，对于我们驱动编写者来说最常用的定时器。硬件定时器提供时钟源，时钟源的频率可以设置，设置好以后就周期性的产生定时中断，系统使用定时中断来计时。中断周期性产生的频率就是系统频率，也叫做节拍率(tick rate)(有的资料也叫系统频率)，比如1000Hz，100Hz等等说的就是系统节拍率。系统节拍率是可以设置的，单位是Hz，我们在编译Linux内核的时候可以通过图形化界面设置系统节拍率，在内核源码目录下执行下面这条命令进入到menuconfig配置界面： - unset PKG_CONFIG_PATH
- make menuconfig
按照如下路径打开配置界面： - ->Kernel Features
- -> Timer frequency (250 HZ)
选中“Timer frequency”，打开以后如图 27.1.1所示： 从上图可以看出，可选的系统节拍率为100Hz、250Hz、300Hz和1000Hz，默认情况下选择250Hz。设置好以后打开Linux内核源码根目录下的.config文件（.config是隐藏文件，可以直接使用vi命令打开），在此文件中有如所示定义： 图27.1.2中的CONFIG_HZ为250，Linux内核会使用CONFIG_HZ来设置自己的系统时钟。打开文件include/asm-generic/param.h，有如下内容： 示例代码27.1.1.1include/asm-generic/param.h文件代码段 - 7 # undef HZ
- 8 # define HZ CONFIG_HZ
- 9 # define USER_HZ 100
- 10 # define CLOCKS_PER_SEC(USER_HZ)
第8行定义了一个宏HZ，宏HZ就是CONFIG_HZ，因此HZ=250，我们后面编写Linux驱动的时候会常常用到HZ，因为HZ表示一秒的节拍数，也就是频率。
大多数初学者看到系统节拍率默认为250Hz的时候都会有疑问，怎么这么小？为什么不选择大一点的呢？这里就引出了一个问题：高节拍率和低节拍率的优缺点：
优点：高节拍率会提高系统时间精度，如果采用250Hz的节拍率，时间精度就是4ms，采用1000Hz的话时间精度就是1ms，精度提高了4倍。高精度时钟的好处有很多，对于那些对时间要求严格的函数来说，能够以更高的精度运行，时间测量也更加准确。
缺点：高节拍率会导致中断的产生更加频繁，频繁的中断会加剧系统的负担，1000Hz和250Hz的系统节拍率相比，系统要花费4倍的“精力”去处理中断。中断服务函数占用处理器的时间增加，但是现在的处理器性能都很强大，所以采用1000Hz的系统节拍率并不会增加太大的负载压力。根据自己的实际情况，选择合适的系统节拍率，本教程我们全部采用默认的250Hz系统节拍率。
Linux内核使用全局变量jiffies来记录系统从启动以来的系统节拍数，系统启动的时候会将jiffies初始化为0，jiffies定义在文件include/linux/jiffies.h中，定义如下： - 示例代码27.1.1.2 include/jiffies.h文件代码段
- 80 extern u64 __cacheline_aligned_in_smp jiffies_64;
- 81 extern unsigned long volatile__cacheline_aligned_in_smp __jiffy_arch_data jiffies;
第80行，定义了一个64位的jiffies_64。
第81行，定义了一个unsigned long类型的32位的jiffies。
jiffies_64和jiffies其实是同一个东西，jiffies_64用于64位系统，而jiffies用于32位系统。为了兼容不同的硬件，jiffies其实就是jiffies_64的低32位，jiffies_64和jiffies的结构如下图所示： 图 27.1.3 jiffies_64和jiffies结构图 当我们访问jiffies的时候其实访问的是jiffies_64的低32位，使用get_jiffies_64这个函数可以获取jiffies_64的值。在32位的系统上读取jiffies的值，在64位的系统上jiffes和jiffies_64表示同一个变量，因此也可以直接读取jiffies的值。所以不管是32位的系统还是64位系统，都可以使用jiffies。
前面说了HZ表示每秒的节拍数，jiffies表示系统运行的jiffies节拍数，所以jiffies/HZ就是系统运行时间，单位为秒。不管是32位还是64位的jiffies，都有溢出的风险，溢出以后会重新从0开始计数，相当于绕回来了，因此有些资料也将这个现象也叫做绕回。假如HZ为最大值1000的时候，32位的jiffies只需要49.7天就发生了绕回，对于64位的jiffies来说大概需要5.8亿年才能绕回，因此jiffies_64的绕回忽略不计。处理32位jiffies的绕回显得尤为重要，Linux内核提供了如表 27.1.1.1所示的几个API函数来处理绕回。 如果unkown超过known的话，time_after函数返回真，否则返回假。如果unkown没有超过known的话time_before函数返回真，否则返回假。time_after_eq函数和time_after函数类似，只是多了判断等于这个条件。同理，time_before_eq函数和time_before函数也类似。比如我们要判断某段代码执行时间有没有超时，此时就可以使用如下所示代码： - 示例代码27.1.1.3 使用jiffies判断超时
- 1 unsigned long timeout;
- 2 timeout = jiffies + (2 * HZ); /* 超时的时间点 */
- 3
- 4 /*************************************
- 5 具体的代码
- 6 ************************************/
- 7
- 8 /* 判断有没有超时 */
- 9 if(time_before(jiffies, timeout)) {
- 10 /* 超时未发生 */
- 11 } else {
- 12 /* 超时发生 */
- 13 }
timeout就是超时时间点，比如我们要判断代码执行时间是不是超过了2秒，那么超时时间点就是jiffies+(2*HZ)，如果jiffies大于timeout那就表示超时了，否则就是没有超时。第4~6行就是具体的代码段。第9行通过函数time_before来判断jiffies是否小于timeout，如果小于的话就表示没有超时。
为了方便开发，Linux内核提供了几个jiffies和ms、us、ns之间的转换函数，如表 27.1.1.2所示： 表 27.1.2 jiffies和ms、us、ns之间的转换函数 定时器是一个很常用的功能，需要周期性处理的工作都要用到定时器。Linux内核定时器采用系统时钟来实现，用软件的方式来实现，并不是SoC提供硬件定时器。Linux内核定时器使用很简单，只需要提供超时时间(相当于定时值)和定时处理函数即可，当超时时间到了以后设置的定时处理函数就会执行，和我们使用硬件定时器的套路一样，只是使用内核定时器不需要做一大堆的寄存器初始化工作。在使用内核定时器的时候要注意一点，内核定时器并不是周期性运行的，超时以后就会自动关闭，因此如果想要实现周期性定时，那么就需要在定时处理函数中重新开启定时器。Linux内核使用timer_list结构体表示内核定时器，timer_list定义在文件include/linux/timer.h中，定义如下： 示例代码27.1.2.1 timer_list结构体 - 11 struct timer_list {
- 12 /*
- 13 * All fields that change duringnormal runtime grouped to the
- 14 * same cacheline
- 15 */
- 16 struct hlist_node entry;
- 17 unsigned long expires;
- 18 void (*function)(struct timer_list *);
- 19 u32 flags;
- 20
- 21 #ifdef CONFIG_LOCKDEP
- 22 struct lockdep_map lockdep_map;
- 23 #endif
- 24 };
要使用内核定时器首先要先定义一个timer_list变量，表示定时器，tiemr_list结构体的expires成员变量表示超时时间，单位为节拍数。比如我们现在需要定义一个周期为2秒的定时器，那么这个定时器的超时时间就是jiffies+(2*HZ)，因此expires=jiffies+(2*HZ)。function就是定时器超时以后的定时处理函数，我们要做的工作就放到这个函数里面，需要我们编写这个定时处理函数。
定义好定时器以后还需要通过一系列的API函数来初始化此定时器，这些函数如下：
1、timer_setup函数 timer_setup函数负责初始化timer_list类型变量，当我们定义了一个timer_list变量以后一定要先用init_timer初始化一下。init_timer函数原型如下： - #define timer_setup(timer, callback, flags) __init_timer((timer), (callback), (flags))
函数参数和返回值含义如下： timer： 要初始化定时器。 callback: 定时器回调函数，当定时器计数到设定的时间后，运行此函数。 flags： 表示cpu id，一般为0。 返回值： 没有返回值。
2、add_timer函数 add_timer函数用于向Linux内核注册定时器，使用add_timer函数向内核注册定时器以后，定时器就会开始运行，函数原型如下： - void add_timer(structtimer_list *timer)
函数参数和返回值含义如下： timer：要注册的定时器。 返回值：没有返回值。
3、del_timer函数 del_timer函数用于删除一个定时器，不管定时器有没有被激活，都可以使用此函数删除。在多处理器系统上，定时器可能会在其他的处理器上运行，因此在调用del_timer函数删除定时器之前要先等待其他处理器的定时处理器函数退出。del_timer函数原型如下： - int del_timer(structtimer_list * timer)
函数参数和返回值含义如下： timer：要删除的定时器。 返回值：0，定时器还没被激活；1，定时器已经激活。
4、del_timer_sync函数 del_timer_sync函数是del_timer函数的同步版，会等待其他处理器使用完定时器再删除，del_timer_sync不能使用在中断上下文中。del_timer_sync函数原型如下所示： - intdel_timer_sync(struct timer_list *timer)
函数参数和返回值含义如下： timer：要删除的定时器。 返回值：0，定时器还没被激活；1，定时器已经激活。
5、mod_timer函数 mod_timer函数用于修改定时值，如果定时器还没有激活的话，mod_timer函数会激活定时器！函数原型如下： - intmod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)
函数参数和返回值含义如下： timer：要修改超时时间(定时值)的定时器。 expires：修改后的超时时间。 返回值：0，调用mod_timer函数前定时器未被激活；1，调用mod_timer函数前定时器已被激活。
关于内核定时器常用的API函数就讲这些，内核定时器一般的使用流程如下所示： - 示例代码27.1.2.2 内核定时器使用方法演示
- 1 struct timer_list timer; /* 定义定时器 */
- 2
- 3 /* 定时器回调函数 */
- 4 void function(unsigned long arg)
- 5 {
- 6 /*
- 7 * 定时器处理代码
- 8 */
- 9
- 10 /* 如果需要定时器周期性运行的话就使用mod_timer
- 11 * 函数重新设置超时值并且启动定时器。
- 12 */
- 13 mod_timer(&timer, jiffies + msecs_to_jiffies(2000));
- 14 }
- 15
- 16 /* 初始化函数 */
- 17 void init(void)
- 18 {
- 19 timer_setup (&timer,function,0); /* 初始化定时器 */
- 20
- 21 timer.expires=jffies + msecs_to_jiffies(2000); /* 超时时间2秒 */
- 22 }
- 23
- 24 /* 退出函数*/
- 25 void exit(void)
- 26 {
- 27 del_timer(&timer); /*删除定时器 */
- 28 /*或者使用 */
- 29 del_timer_sync(&timer);
- 30 }
有时候我们需要在内核中实现短延时，尤其是在Linux驱动中。Linux内核提供了毫秒、微秒和纳秒延时函数，这三个函数如表 27.1.3.1所示： 27.2 硬件原理图分析本章通过设置一个定时器来实现周期性的闪烁LED灯，还是使用PS_LED1为例，关于PS_LED1的硬件原理图参考18.3小节即可。
27.3 实验程序编写本实验对应的例程路径为：开发板光盘资料(A盘)\4_SourceCode\3_Embedded_Linux\Linux驱动例程\11_timer。
本章实验我们使用内核定时器周期性的点亮和熄灭开发板上的PS_LED1，LED灯的闪烁周期由内核定时器来设置，测试应用程序可以控制内核定时器周期。
27.3.1 修改设备树文件本章实验使用到了LED灯，LED灯的设备树节点信息使用23.3.1小节创建的即可。
27.3.2 定时器驱动程序编写在drivers目录下新建名为“11_timer”的文件夹，在11_timer目录下创建一个名为timer.c的源文件，在timer.c里面输入如下内容： - 示例代码27.3.2.1 timer.c文件代码段
- 1 /***************************************************************
- 2 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. Allrights reserved.
- 3 文件名 : timer.c
- 4 作者 : 邓涛
- 5 版本 : V1.0
- 6 描述 : linux内核定时器测试
- 7 其他 : 无
- 8 论坛 : www.openedv.com
- 9 日志 : 初版V1.0 2019/1/30 邓涛创建
- 10 ***************************************************************/
- 11
- 12 #include <linux/kernel.h>
- 13 #include <linux/module.h>
- 14 #include <linux/errno.h>
- 15 #include <linux/gpio.h>
- 16 #include <asm/uaccess.h>
- 17 #include <linux/cdev.h>
- 18 #include <linux/of.h>
- 19 #include <linux/of_gpio.h>
- 20 #include <linux/timer.h>
- 21 #include <linux/types.h>
- 22
- 23 #define LED_CNT 1 /* 设备号个数 */
- 24 #define LED_NAME "led" /* 名字 */
- 25
- 26 /*ioctl函数命令定义 */
- 27 #define CMD_LED_CLOSE (_IO(0XEF, 0x1)) /* 关闭LED */
- 28 #define CMD_LED_OPEN (_IO(0XEF, 0x2)) /* 打开LED */
- 29 #define CMD_SET_PERIOD (_IO(0XEF, 0x3)) /* 设置LED闪烁频率*/
- 30
- 31
- 32 /*led设备结构体 */
- 33 struct led_dev {
- 34 dev_tdevid; /* 设备号 */
- 35 struct cdev cdev; /* cdev */
- 36 struct class *class; /* 类 */
- 37 struct device *device; /* 设备 */
- 38 intmajor; /* 主设备号 */
- 39 intminor; /* 次设备号 */
- 40 struct device_node *nd; /*设备节点 */
- 41 intled_gpio; /* GPIO编号 */
- 42 intperiod; /* 定时周期,单位为ms*/
- 43 struct timer_list timer; /* 定义一个定时器 */
- 44 spinlock_t spinlock; /* 定义自旋锁 */
- 45 };
- 46
- 47 static struct led_dev led; /*led设备 */
- 48
- 49 /*
- 50 *@description : 打开设备
- 51 * @param– inode : 传递给驱动的inode
- 52 * @param– filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
- 53 * 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
- 54 *@return : 0 成功;其他 失败
- 55 */
- 56 static int led_open(struct inode *inode,struct file *filp)
- 57 {
- 58 return 0;
- 59 }
- 60
- 61 /*
- 62 *@description : 从设备读取数据
- 63 * @param– filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
- 64 * @param– buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
- 65 * @param– cnt : 要读取的数据长度
- 66 * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
- 67 *@return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
- 68 */
- 69 static ssize_t led_read(struct file *filp,char __user *buf,
- 70 size_t cnt, loff_t *offt)
- 71 {
- 72 return 0;
- 73 }
- 74
- 75 /*
- 76 *@description : 向设备写数据
- 77 * @param– filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
- 78 * @param– buf : 要写给设备写入的数据
- 79 * @param– cnt : 要写入的数据长度
- 80 * @param– offt : 相对于文件首地址的偏移
- 81 *@return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
- 82 */
- 83 static ssize_t led_write(struct file *filp,const char __user *buf,
- 84 size_t cnt, loff_t *offt)
- 85 {
- 86 return 0;
- 87 }
- 88
- 89 /*
- 90 *@description : 关闭/释放设备
- 91 * @param– filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
- 92 *@return : 0 成功;其他 失败
- 93 */
- 94 static int led_release(struct inode *inode,struct file *filp)
- 95 {
- 96 return 0;
- 97 }
- 98
- 99 /*
- 100 * @description : ioctl函数，
- 101 * @param – filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
- 102 * @param – cmd : 应用程序发送过来的命令
- 103 * @param – arg : 参数
- 104 * @return : 0 成功;其他 失败
- 105 */
- 106 static long led_unlocked_ioctl(struct file *filp,unsigned int cmd,
- 107 unsigned long arg)
- 108 {
- 109 unsigned long flags;
- 110
- 111 /* 自旋锁上锁 */
- 112 spin_lock_irqsave(&led.spinlock, flags);
- 113
- 114 switch (cmd) {
- 115
- 116 case CMD_LED_CLOSE:
- 117 del_timer_sync(&led.timer);
- 118 gpio_set_value(led.led_gpio, 0);
- 119 break;
- 120
- 121 case CMD_LED_OPEN:
- 122 del_timer_sync(&led.timer);
- 123 gpio_set_value(led.led_gpio, 1);
- 124 break;
- 125
- 126 case CMD_SET_PERIOD:
- 127 led.period= arg;
- 128 mod_timer(&led.timer, jiffies +msecs_to_jiffies(arg));
- 129 break;
- 130
- 131 default: break;
- 132 }
- 133
- 134 /* 自旋锁解锁 */
- 135 spin_unlock_irqrestore(&led.spinlock, flags);
- 136
- 137 return 0;
- 138 }
- 139
- 140 /* 设备操作函数*/
- 141 static struct file_operations led_fops ={
- 142 .owner =THIS_MODULE,
- 143 .open = led_open,
- 144 .read = led_read,
- 145 .write = led_write,
- 146 .release =led_release,
- 147 .unlocked_ioctl =led_unlocked_ioctl,
- 148 };
- 149
- 150 /* 定时器回调函数 */
- 151 static void led_timer_function(structtime_list *arg)
- 152 {
- 153 static bool on = 1;
- 154 unsigned long flags;
- 155
- 156 /* 每次都取反，实现LED灯反转*/
- 157 on =!on;
- 158
- 159 /* 自旋锁上锁 */
- 160 spin_lock_irqsave(&led.spinlock, flags);
- 161
- 162 /* 设置GPIO电平状态*/
- 163 gpio_set_value(led.led_gpio,on);
- 164
- 165 /* 重启定时器 */
- 166 mod_timer(&led.timer, jiffies +msecs_to_jiffies(led.period));
- 167
- 168 /* 自旋锁解锁 */
- 169 spin_unlock_irqrestore(&led.spinlock, flags);
- 170 }
- 171
- 172 static int __init led_init(void)
- 173 {
- 174 const char *str;
- 175 intval;
- 176 intret;
- 177
- 178 /* 初始化自旋锁 */
- 179 spin_lock_init(&led.spinlock);
- 180
- 181 /* 1.获取led设备节点*/
- 182 led.nd= of_find_node_by_path("/led");
- 183 if(NULL == led.nd){
- 184 printk(KERN_ERR"led: Failed to get lednode\n");
- 185 return -EINVAL;
- 186 }
- 187
- 188 /* 2.读取status属性*/
- 189 ret =of_property_read_string(led.nd, "status",&str);
- 190 if(!ret) {
- 191 if(strcmp(str, "okay"))
- 192 return -EINVAL;
- 193 }
- 194
- 195 /* 3.获取compatible属性值并进行匹配 */
- 196 ret =of_property_read_string(led.nd, "compatible",&str);
- 197 if(ret) {
- 198 printk(KERN_ERR"led: Failed to get compatibleproperty\n");
- 199 return ret;
- 200 }
- 201
- 202 if(strcmp(str, "alientek,led")){
- 203 printk(KERN_ERR"led: Compatible match failed\n");
- 204 return -EINVAL;
- 205 }
- 206
- 207 printk(KERN_INFO"led: device matchingsuccessful!\r\n");
- 208
- 209 /* 4.获取设备树中的led-gpio属性，得到LED所使用的GPIO编号*/
- 210 led.led_gpio= of_get_named_gpio(led.nd,"led-gpio",0);
- 211 if(!gpio_is_valid(led.led_gpio)){
- 212 printk(KERN_ERR"led: Failed to getled-gpio\n");
- 213 return -EINVAL;
- 214 }
- 215
- 216 printk(KERN_INFO"led: led-gpio num =%d\r\n", led.led_gpio);
- 217
- 218 /* 5.向gpio子系统申请使用GPIO */
- 219 ret =gpio_request(led.led_gpio, "LED Gpio");
- 220 if(ret) {
- 221 printk(KERN_ERR"led: Failed to requestled-gpio\n");
- 222 return ret;
- 223 }
- 224
- 225 /* 6.设置LED灯初始状态*/
- 226 ret =of_property_read_string(led.nd, "default-state",&str);
- 227 if(!ret) {
- 228 if(!strcmp(str, "on"))
- 229 val =1;
- 230 else
- 231 val =0;
- 232 }else
- 233 val =0;
- 234
- 235 gpio_direction_output(led.led_gpio, val);
- 236
- 237 /* 7.注册字符设备驱动 */
- 238 /* 创建设备号 */
- 239 if(led.major) {
- 240 led.devid= MKDEV(led.major, 0);
- 241 ret =register_chrdev_region(led.devid, LED_CNT,LED_NAME);
- 242 if(ret)
- 243 goto out1;
- 244 }else {
- 245 ret =alloc_chrdev_region(&led.devid, 0, LED_CNT, LED_NAME);
- 246 if(ret)
- 247 goto out1;
- 248
- 249 led.major= MAJOR(led.devid);
- 250 led.minor= MINOR(led.devid);
- 251 }
- 252
- 253 printk(KERN_INFO"led: major=%d,minor=%d\r\n", led.major,led.minor);
- 254
- 255 /* 初始化cdev */
- 256 led.cdev.owner= THIS_MODULE;
- 257 cdev_init(&led.cdev, &led_fops);
- 258
- 259 /* 添加cdev */
- 260 ret =cdev_add(&led.cdev, led.devid,LED_CNT);
- 261 if(ret)
- 262 goto out2;
- 263
- 264 /* 创建类 */
- 265 led.class= class_create(THIS_MODULE, LED_NAME);
- 266 if(IS_ERR(led.class)) {
- 267 ret =PTR_ERR(led.class);
- 268 goto out3;
- 269 }
- 270
- 271 /* 创建设备 */
- 272 led.device= device_create(led.class, NULL,
- 273 led.devid,NULL, LED_NAME);
- 274 if(IS_ERR(led.device)) {
- 275 ret =PTR_ERR(led.device);
- 276 goto out4;
- 277 }
- 278
- 279 /* 8.初始化timer，绑定定时器处理函数，此时还未设置周期，所以不会激活定时器 */
- 280 timer_setup(&led.timer,led_timer_function, 0);
- 281
- 282 return 0;
- 283
- 284 out4:
- 285 class_destroy(led.class);
- 286
- 287 out3:
- 288 cdev_del(&led.cdev);
- 289
- 290 out2:
- 291 unregister_chrdev_region(led.devid, LED_CNT);
- 292
- 293 out1:
- 294 gpio_free(led.led_gpio);
- 295
- 296 return ret;
- 297 }
- 298
- 299 static void __exit led_exit(void)
- 300 {
- 301 /* 删除定时器 */
- 302 del_timer_sync(&led.timer);
- 303
- 304 /* 注销设备 */
- 305 device_destroy(led.class,led.devid);
- 306
- 307 /* 注销类 */
- 308 class_destroy(led.class);
- 309
- 310 /* 删除cdev */
- 311 cdev_del(&led.cdev);
- 312
- 313 /* 注销设备号 */
- 314 unregister_chrdev_region(led.devid, LED_CNT);
- 315
- 316 /* 释放GPIO */
- 317 gpio_free(led.led_gpio);
- 318 }
- 319
- 320 /* 驱动模块入口和出口函数注册 */
- 321 module_init(led_init);
- 322 module_exit(led_exit);
- 323
- 324 MODULE_AUTHOR("DengTao <773904075@qq.com>");
- 325 MODULE_DESCRIPTION("AlientekGpio LED Driver");
- 326 MODULE_LICENSE("GPL");
第33~45行，led设备结构体，在43行定义了一个定时器成员变量timer；在44行定义了一个自旋锁变量，用于对必要的代码段进行保护。
第106~138行，函数led_unlocked_ioctl，对应应用程序的ioctl函数，应用程序调用ioctl函数向驱动发送控制信息，此函数响应并执行。此函数有三个参数：filp，cmd和arg，其中filp是对应的设备文件，cmd是应用程序发送过来的命令信息，arg是应用程序发送过来的参数，在本章例程中arg参数表示定时周期。
本驱动程序一共定义了三种命令：CMD_LED_CLOSE、CMD_LED_OPEN和CMD_SET_PERIOD，这三个命令分别为熄灭LED灯、点亮LED灯（常亮）、LED灯闪烁。这三个命令的作用如下：
CMD_LED_CLOSE：熄灭LED灯，首先调用del_timer_sync函数关闭定时器，然后再将LED熄灭。
CMD_LED_OPEN：LED灯常亮，首先也是调用del_timer_sync函数关闭定时器，然后再将LED点亮。
CMD_SET_PERIOD：让LED灯闪烁，参数arg就是闪烁周期，单位为毫秒（ms）；从应用层传递过来的，将led的period成员变量设置为arg所表示定时周期，然后使用mod_timer打开定时器，使定时器以新的周期运行。
在led_unlocked_ioctl函数中使用了自旋锁对代码段进行保护。
第141~148行，led设备驱动操作函数集led_fops，在led的操作函数集中，led_read和led_write函数在本驱动程序中都没被用到，因为应用程序使用了ioctl函数对设备进行控制，所以驱动要定义led_unlocked_ioctl。
第151~170行，函数led_timer_function，定时器服务函数，此函有一个参数arg，在初始化定时器的时候可以设置传递给led_timer_function函数的参数，不过在本例中我们没有用到。当定时周期到了以后此函数就会被调用；第157行，每次进入定时器服务函数都会将变量取反，实现LED灯闪烁的效果。因为内核定时器不是循环的定时器，执行一次以后就结束了，因此在166行又调用了mod_timer函数重新开启定时器；同样在这个服务函数中也使用了自旋锁进行保护！
第172~297行，函数led_init，驱动入口函数。在179行初始化自旋锁；第280~281行，初始化定时器，设置定时器的定时处理函数为led_timer_function，在led_init函数中并没有调用timer_add函数来开启定时器，因此定时器默认是关闭的，除非应用程序发送打开命令。
第299~318行，驱动出口函数。第302行调用del_timer_sync函数删除定时器，也可以使用del_timer函数。
27.3.3 编写测试APP测试APP我们要实现的内容如下： ① 运行APP以后提示我们输入LED灯控制命令，输入0表示熄灭LED、输入1表示点亮LED，输入2表示让LED灯周期性闪烁，并且此时提示再次输入闪烁周期，单位为毫秒。 ② 输入3则表示退出测试APP程序。
好了搞清楚我们的逻辑、需求之后就可以开始编写测试程序了，在11_timer目录下新建名为timerApp.c的文件，然后输入如下所示内容： - 示例代码27.3.3.1 timerApp.c文件代码段
- 1 /***************************************************************
- 2 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. Allrights reserved.
- 3 文件名 : timerApp.c
- 4 作者 : 邓涛
- 5 版本 : V1.0
- 6 描述 :linux内核定时器测试程序
- 7 其他 : 无
- 8 使用方法 : ./timerApp /dev/led
- 9 论坛 : www.openedv.com
- 10 日志 : 初版V1.0 2019/1/30 邓涛创建
- 11 ***************************************************************/
- 12
- 13 #include <stdio.h>
- 14 #include <unistd.h>
- 15 #include <sys/types.h>
- 16 #include <sys/stat.h>
- 17 #include <fcntl.h>
- 18 #include <stdlib.h>
- 19 #include <string.h>
- 20 #include <sys/ioctl.h>
- 21
- 22 /*ioctl命令 */
- 23 #define CMD_LED_CLOSE (_IO(0XEF,0x1)) /*关闭LED */
- 24 #define CMD_LED_OPEN (_IO(0XEF,0x2)) /*打开LED */
- 25 #define CMD_SET_PERIOD (_IO(0XEF,0x3)) /*设置LED闪烁频率 */
- 26
- 27 /*
- 28 *@description : main主程序
- 29 * @param- argc : argv数组元素个数
- 30 * @param- argv : 具体参数
- 31 *@return : 0 成功;其他 失败
- 32 */
- 33 int main(int argc, char*argv[])
- 34 {
- 35 intfd, ret;
- 36 unsigned int cmd;
- 37 unsigned int period;
- 38
- 39 if(2 !=argc) {
- 40 printf("Usage:\n"
- 41 "\t./timerApp/dev/led @ open LED device\n"
- 42 );
- 43 return -1;
- 44 }
- 45
- 46 /* 打开设备 */
- 47 fd =open(argv[1], O_RDWR);
- 48 if(0 > fd) {
- 49 printf("ERROR: %s file open failed!\r\n",argv[1]);
- 50 return -1;
- 51 }
- 52
- 53 /* 通过命令控制LED设备*/
- 54 for( ; ; ) {
- 55
- 56 printf("Input CMD:");
- 57 scanf("%d", &cmd);
- 58
- 59 switch (cmd) {
- 60
- 61 case 0:
- 62 cmd = CMD_LED_CLOSE;
- 63 break;
- 64
- 65 case 1:
- 66 cmd = CMD_LED_OPEN;
- 67 break;
- 68
- 69 case 2:
- 70 cmd = CMD_SET_PERIOD;
- 71 printf("Input Timer Period:");
- 72 scanf("%d", &period);
- 73 break;
- 74
- 75 case 3:
- 76 close(fd);
- 77 return 0;
- 78
- 79 default: break;
- 80 }
- 81
- 82 ioctl(fd, cmd, period);
- 83 }
- 84 }
第23~25行，ioctl命令值，这个命令值跟驱动中定义的是一样的。
第54~83行，在for循环中，首先让用户输入要测试的命令，例如输入0表示关闭LED，将cmd设置为CMD_LED_CLOSE；输入1表示打开LED灯，将cmd设置为CMD_LED_OPEN；输入2表示让LED灯周期性闪烁，让后再提示用户输入闪烁周期。 上面的命令输入完成之后，第82行通过调用ioctl函数发送cmd给驱动程序，并且ioctl函数的arg参数就是用户输入的周期值（当用户输入命令为2时）。
测试完成之后用户可以输入3命令退出测试程序。
27.4 运行测试
27.4.1 编译驱动程序和测试APP1、编译驱动程序 编写Makefile文件，将第二十六章实验目录10_key下的Makefile文件拷贝到当前实验目录下，打开Makfile文件，将obj-m变量的值改为timer.o，修改完成之后Makefile内容如下所示： - 示例代码27.4.1.1 Makefile文件
- KERN_DIR:= /home/shang/git.d/linux-xlnx
- obj-m:= timer.o
- all:
- make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
- clean:
- make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` clean
第3行，设置obj-m变量的值为timer.o。
修改完成之后保存退出，在实验目录下输入如下命令编译出驱动模块文件： 编译成功以后就会生成一个名为“timer.ko”的驱动模块文件，如下所示： 2、编译测试APP 输入如下命令编译测试timerApp.c这个测试程序： - $CC timerApp.c -o timerApp
编译成功以后就会生成timerApp这个应用程序。
27.4.2 运行测试将上一小节编译出来的timer.ko和timerApp这两个文件拷贝到开发板根文件系统/lib/modules/4.19.0目录中，重启开发板，进入到目录/lib/modules/4.19.0中，输入如下命令加载timer.ko驱动模块： - depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
- modprobe timer.ko //加载驱动
驱动加载成功以后如下命令来测试： 输入上述命令以后终端提示输入命令，如所示： 输入“0”回车，关闭LED；输入1回车，点亮LED；输入2回车之后，又会提示用户输入一个闪烁周期值，以毫秒为单位，操作如下所示： 上面输入“50”，表示设置定时器周期值为50ms，设置好以后LED灯就会以50ms为间隔，开始闪烁。测试完成之后我们可以输入3退出测试APP。这里需要注意的是，我们的测试程序代码中并没有对输入的内容做检测，所以如果输入了其它的字符可能会导致奇怪的现象！当然大家可以对测试程序代码进行完善。 通过下面的命令卸载驱动模块： | 
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发表于 2023-6-14 14:18:13
