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MX6ULL学习笔记 (七) 中断实验

article 2024/11/19 4:45:31

前言：     

   本章我们就来学习一 下如何在 Linux 下使用中断。在linux内核里面使用中断，不同于我们以往在别的裸机开发一样，需要进行各种寄存器的配置，中断使能之类的，而在Linux 内核中，提供了完善的中断框架，我们只需要申请中断，然后注 册中断处理函数即可，使用非常方便。

一、Linux 中断 API 函数

1、中断号

每个中断都有一个中断号，通过中断号即可区分不同的中断，有的资料也把中断号叫做中断线。在 Linux 内核中使用一个 int 变量表示中断号。

2、request_irq函数：

函数原型：

int request_irq(unsigned int irq, 
                irq_handler_t handler, 
                unsigned long flags, 
                const char *name, 
                void *dev);

参数分析：

  • irq：要申请中断的中断号。
  • handler：中断处理函数，当中断发生以后就会执行此中断处理函数。
  • flags：中断标志，可以在文件 include/linux/interrupt.h 里面查看所有的中断标志
  • name：中断名字，设置以后可以在/proc/interrupts 文件中看到对应的中断名字。
  • dev：如果将 flags 设置为 IRQF_SHARED 的话，dev 用来区分不同的中断，一般情况下将 dev 设置为设备结构体，dev 会传递给中断处理函数 irq_handler_t 的第二个参数。
  • 返回值：0 中断申请成功，其他负值 中断申请失败，如果返回-EBUSY 的话表示中断已经 被申请了。

 顺便介绍几个常用的中断标志，如表所示：

3.free_irq 函数:

函数原型：

void free_irq(unsigned int irq, void *dev)；

函数参数和返回值含义如下：

  • irq：要释放的中断。
  • dev：如果中断设置为共享(IRQF_SHARED)的话，此参数用来区分具体的中断。共享中断 只有在释放最后中断处理函数的时候才会被禁止掉。
  • 返回值：无。

4.中断处理函数:

使用 request_irq 函数申请中断的时候需要设置中断处理函数，中断处理函数格式如下所示：

irqreturn_t (*irq_handler_t) (int, void *)；
  • 第一个参数是要中断处理函数要相应的中断号。
  • 第二个参数是一个指向 void 的指针，也就是个通用指针，需要与 request_irq 函数的 dev 参数保持一致。用于区分共享中断的不同设备， dev 也可以指向设备数据结构。
  • 中断处理函数的返回值为 irqreturn_t 类型

二、了解中断初始化驱动的步骤。

1 .修改设备树

这里是基于之前按键的程序修改的，也就是在之前设备树的基础上修改就好。这里是在根节点下添加的。

key {
        #address-cells = <1>; 
        #size-cells = <1>; 
        compatible = "atkalpha-key"; 
        pinctrl-names = "default"; 
        pinctrl-0 = <&pinctrl_key>; 
        key-gpio = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>; /* KEY0 */ 
        status = "okay"; 
 };

 在上面基础上添加如下：

(1)设置 interrupt-parent 属性值，例如按键的中断，设置属性值为”gpio1”，因为 KEY0 所使用的 GPIO 为GPIO1_IO18，也就是设置 KEY0 的 GPIO 中断控制器为 gpio1。

(2）设置 interrupts 属性，也就是设置中断源。

2.编写字符型驱动框架。

  1. (1)直接选取之前的字符设备驱动框架，在那份代码的基础上来进行修改。

3.定义按键信息结构体

  1. (1)首先定义一个结构体，来保存有关key中断的一些信息。
/* 中断IO描述结构体 */
struct irq_keydesc {
	int gpio;								/* gpio *
	int irqnum;								/* 中断号     */
	unsigned char value;					/* 按键对应的键值 */
	char name[10];							/* 名字 */
	irqreturn_t (*handler)(int, void *);	/* 中断服务函数 */
};

  1. 4.编写按键中断初始化程序。

  2. 步骤如下：
  • ①使用of_find_node_by_path函数通过环境名获取节点。
  • ②使用of_get_named_gpio函数通过节点得到gpio的name编号。
  • ③使用gpio_request函数通过gpio的name编号去注册gpio
  • ④使用gpio_direction_input函数去设置gpio的方向，是输入还是输出啊。
  • ⑤使用irq_of_parse_and_map函数从 interupts 属性中提取到对应的中断号
  • ⑥使用request_irq函数去申请注册中断。同时指定我们的中断处理函数。
  • int request_irq(unsigned int irq, 
                irq_handler_t handler, 
                unsigned long flags, 
                const char *name, 
                void *dev);
  • ⑦编写中断处理函数，函数原型：
  • static irqreturn_t key0_handler(int irq, void *dev_id)；

5.编写按键释放程序

①使用free_irq函数去释放中断。

三、驱动代码的编写。

1.修改设备树

key {
    #address-cells = <1>; 
    #size-cells = <1>; 
    compatible = "atkalpha-key"; 
    pinctrl-names = "default"; 
    pinctrl-0 = <&pinctrl_key>; 
    key-gpio = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>; /* KEY0 */ 
    interrupt-parent = <&gpio1>; 
    interrupts = <18 IRQ_TYPE_EDGE_BOTH>; /* FALLING RISING */ 
    status = "okay"; 
 };

2.编写字符型驱动框架。

        这里就直接使用之前的字符设备驱动的框架就可以了，把那些函数名，还有结构体名字之类的改一改就好，后面也会贴出完整的代码。

3.首先定义一个结构体，来保存有关key中断的一些信息。

struct irq_keydesc
{
	int gpio_num;                           /* gpio号 	 */  	
	int irq_num;							/*  中断号    */
	char gpio_name[10];						/* gpio名字   */
	unsigned char key_value;				/*按键对应键值*/
	irqreturn_t (*handle)(int ,void *);		/*终端服务函数  */
};

  1. 4.编写按键中断初始化程序。

  2. 步骤如下：
  • ①使用of_find_node_by_path函数通过环境名获取节点。
  • 	/*使用of_find_node_by_path函数通过环境名获取节点。*/
	dev->nd = of_find_node_by_path("/key");
	if(dev->nd == NULL)
	{
        printk("key node not find!\r\n");
		return -EINVAL;
    }

  • ②使用of_get_named_gpio函数通过节点得到gpio的name编号。
  • 	/*使用of_get_named_gpio函数通过节点得到gpio的name编号。*/
	dev->irqkeydesc[0].gpio_num = of_get_named_gpio(dev->nd,"gpios",0);
	if(dev->irqkeydesc[0].gpio_num < 0){
			printk("can't get key0\r\n");
	}

  • ③使用gpio_request函数通过gpio的name编号去注册gpio
  • 	/*使用gpio_request函数通过gpio的name编号，以及设置中断名去注册gpio*/
    memset(dev->irqkeydesc[0].gpio_name,0,sizeof(dev->irqkeydesc[0].gpio_name));
    sprintf(dev->irqkeydesc[0].gpio_name, "KEY0");
	gpio_request(dev->irqkeydesc[0].gpio_num,dev->irqkeydesc[0].gpio_name);

  • ④使用gpio_direction_input函数去设置gpio的方向，是输入还是输出啊。
  • 	/*使用gpio_direction_input函数去设置gpio的方向，是输入还是输出啊。*/
	gpio_direction_input(dev->irqkeydesc[0].gpio_num);

  • ⑤使用irq_of_parse_and_map函数从 interupts 属性中提取到对应的中断号。
  • 	/*使用irq_of_parse_and_map函数从 interupts 属性中提取到对应的中断号*/
	dev->irqkeydesc[0].irq_num=irq_of_parse_and_map(dev->nd,0);
	printk("key0:gpio=%d, irqnum=%d\r\n", dev->irqkeydesc[0].gpio_num, 
                                         dev->irqkeydesc[0].irq_num);

  • ⑥使用request_irq函数去申请注册中断。同时指定我们的中断处理函数。
  • 	/*使用request_irq函数去申请注册中断。同时指定我们的中断处理函数。*/
	dev->irqkeydesc[0].handle    = key0_handler;
	dev->irqkeydesc[0].key_value = KEY0_VALUE;
	ret = request_irq(dev->irqkeydesc[0].irq_num,
					  dev->irqkeydesc[0].handle,
					  IRQF_TRIGGER_FALLING|IRQF_TRIGGER_RISING,
					  dev->irqkeydesc[0].gpio_name, &imx6uirq);
	if(ret < 0){
		printk("irq %d request failed!\r\n", dev->irqkeydesc[0].irq_num);
		return -EFAULT;
	}

5.编写中断释放程序

①使用free_irq函数去释放中断。

	free_irq(imx6uirq.irqkeydesc[0].irq_num,&imx6uirq);
	gpio_free(imx6uirq.irqkeydesc[0].gpio_num);

 

6.完整驱动代码：

/**************头文件区域*********************************************************/
#include <linux/module.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/gfp.h>

#include <linux/types.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>

#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/irq.h>

#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>

#include <linux/string.h>
/**********************************************************************************/


/************************宏定义-begin***********************************************/
#define DEVICE_CNT			1		  	/* 设备号个数 */
#define DEVICE_NAME			"imx6uirq"	/* 名字 */
#define KEY_CNT				1	        /* 按键数量*/
#define KEY0_VALUE          0X01		/*按键0对应键值*/
#define INVAKEY_VALUE       0XFF		/*无按键对应键值*/
/************************宏定义-end********************************************/


/************************结构体定义-begin***********************************************/

struct irq_keydesc
{
	int gpio_num;                           /* gpio号 	 */  	
	int irq_num;							/*  中断号    */
	char gpio_name[10];						/* gpio名字   */
	unsigned char key_value;				/*按键对应键值*/
	irqreturn_t (*handle)(int ,void *);		/*终端服务函数  */
};

/* imx6uirql设备信息结构体 */
struct char_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  */
	struct irq_keydesc irqkeydesc[KEY_CNT];	/*按键信息结构体数组*/
	struct timer_list timer;				/*timer结构体*/
	atomic_t keyvalue;      				/* 有效的按键键值 */
    atomic_t releasekey;    				/* 标记是否完成一次完成的按键，包括按下和释放 */
};
struct char_dev imx6uirq;
/************************结构体定义-end***********************************************/


/*----------------------------------------------------------------------------------------------------*/
/************************按键中断服务函数***********************************************/
static irqreturn_t key0_handler(int irq, void *dev_id)
{
	struct char_dev *dev = (struct char_dev *)dev_id;
	dev->timer.data = (volatile long)dev_id;
	mod_timer(&dev->timer,jiffies + msecs_to_jiffies(10));
	return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);

}

/************************定时器中断服务函数***********************************************/
void timer_function(unsigned long arg)
{
	unsigned char value;
	struct char_dev *dev=(struct char_dev *)arg;
	struct irq_keydesc*keydesc;

	keydesc = &dev->irqkeydesc[0];

	value=gpio_get_value(keydesc->gpio_num);
	if(value == 0){
		atomic_set(&dev->keyvalue,keydesc->key_value);
		}
	else{
		atomic_set(&dev->keyvalue,0x80 | keydesc->key_value);
		atomic_set(&dev->releasekey, 1);	/* 标记松开按键，即完成一次完整的按键过程 */			

	}
}

/*************按键gpio初始化函数**************************/
static int keyio_init(struct char_dev *dev)
{
	int ret;
	/*使用of_find_node_by_path函数通过环境名获取节点。*/
	dev->nd = of_find_node_by_path("/key");
	if(dev->nd == NULL)
	{
        printk("key node not find!\r\n");
		return -EINVAL;
    }

	/*使用of_get_named_gpio函数通过节点得到gpio的name编号。*/
	dev->irqkeydesc[0].gpio_num = of_get_named_gpio(dev->nd,"gpios",0);
	if(dev->irqkeydesc[0].gpio_num < 0){
			printk("can't get key0\r\n");
	}

	/*使用gpio_request函数通过gpio的name编号，以及设置中断名去注册gpio*/
    memset(dev->irqkeydesc[0].gpio_name,0,sizeof(dev->irqkeydesc[0].gpio_name));
    sprintf(dev->irqkeydesc[0].gpio_name, "KEY0");
	gpio_request(dev->irqkeydesc[0].gpio_num,dev->irqkeydesc[0].gpio_name);

	/*使用gpio_direction_input函数去设置gpio的方向，是输入还是输出啊。*/
	gpio_direction_input(dev->irqkeydesc[0].gpio_num);

	/*使用irq_of_parse_and_map函数从 interupts 属性中提取到对应的中断号*/
	dev->irqkeydesc[0].irq_num=irq_of_parse_and_map(dev->nd,0);
	printk("key0:gpio=%d, irqnum=%d\r\n", dev->irqkeydesc[0].gpio_num, 
                                         dev->irqkeydesc[0].irq_num);

	/*使用request_irq函数去申请注册中断。同时指定我们的中断处理函数。*/
	dev->irqkeydesc[0].handle    = key0_handler;
	dev->irqkeydesc[0].key_value = KEY0_VALUE;
	ret = request_irq(dev->irqkeydesc[0].irq_num,
					  dev->irqkeydesc[0].handle,
					  IRQF_TRIGGER_FALLING|IRQF_TRIGGER_RISING,
					  dev->irqkeydesc[0].gpio_name, &imx6uirq);
	if(ret < 0){
		printk("irq %d request failed!\r\n", dev->irqkeydesc[0].irq_num);
		return -EFAULT;
	}

	return 0;
}

/*************定时器初始化函数********************************************/
void mytimer_init(struct char_dev *dev)
{
	init_timer(&dev->timer);
	dev->timer.function = timer_function;
}

/*****实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体************/

/******************实现对应的read函数************************************/
static ssize_t imx6uirq_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	int ret = 0;
	unsigned char keyvalue = 0;
	unsigned char releasekey = 0;

	struct char_dev *dev = (struct char_dev *)file->private_data;
	keyvalue   = atomic_read(&dev->keyvalue);
	releasekey = atomic_read(&dev->releasekey);
	
	if(releasekey)
	{
		if(keyvalue & 0x80)
		{
			keyvalue &= ~0x80;
			ret = copy_to_user(buf, &keyvalue, sizeof(keyvalue));
		}
		else
		{
			goto data_error;
		}
		atomic_set(&dev->releasekey, 0);/* 按下标志清零 */
	}
	else
	{
		goto data_error;
	}
	return 0;
data_error:
	return -EINVAL;

}

/******************实现对应的write函数************************************/
static ssize_t imx6uirq_drv_write (struct file *file, const char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	return 0;
}

/******************实现对应的open函数************************************/
static int imx6uirq_drv_open (struct inode *node, struct file *file)
{
	file->private_data = &imx6uirq;	/* 设置私有数据 */
	return 0;
}


/******************实现对应的close函数************************************/
static int imx6uirq_drv_close (struct inode *node, struct file *file)
{
	return 0;
}

/********************定义自己的file_operations结构体****************************/
static struct file_operations imx6uirq_drv = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.open    = imx6uirq_drv_open,
	.read    = imx6uirq_drv_read,
	.write   = imx6uirq_drv_write,
	.release = imx6uirq_drv_close,
};

/**************************注册驱动程序******************************************/
/* 把file_operations结构体告诉内核：注册驱动程序                        */
/* 谁来注册驱动程序啊？得有一个入口函数：安装驱动程序时，就会去调用这个入口函数 */
static int __init imx6uirq_init(void)
{
	/* 动态注册字符设备的流程一般如下：
	1.调用 alloc_chrdev_region() 函数申请设备编号。
	2.使用 cdev_init() 函数初始化设备描述结构体。
	3.使用 cdev_add() 函数将设备号与设备描述结构体关联起来，注册字符设备驱动。
	4.使用 class_create() 函数创建一个设备类.
	5.使用 device_create() 函数创建一个设备
	*/
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	/*1 创建设备号
	   根据是否定义了设备号，通过条件判断选择不同的创建方式。
	   如果定义了设备号，则使用MKDEV宏将主设备号和次设备号合成为设备号，并调用register_chrdev_region()函数注册字符设备号。
	   如果没有定义设备号，则使用alloc_chrdev_region()函数动态分配设备号，并通过MAJOR和MINOR宏获取分配得到的主设备号和次设备号。*/
	if (imx6uirq.major) 
	{		/*  定义了设备号 */
		imx6uirq.devid = MKDEV(imx6uirq.major, 0);
		/*register_chrdev_region() 是 Linux 内核中用于向系统申请指定范围内的字符设备编号的函数*/
		register_chrdev_region(imx6uirq.devid, DEVICE_CNT, DEVICE_NAME);
	} 
	else 
	{						/* 没有定义设备号 */
		alloc_chrdev_region(&imx6uirq.devid, 0, DEVICE_CNT, DEVICE_NAME);	/* 申请设备号 */
		imx6uirq.major = MAJOR(imx6uirq.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */
		imx6uirq.minor = MINOR(imx6uirq.devid);	/* 获取分配号的次设备号 */
	}
	
	/* 2 初始化cdev
	   设置cdev结构体的拥有者为当前模块（THIS_MODULE），然后使用 cdev_init() 函数初始化cdev结构体。
	   参数包括待初始化的cdev结构体和用于操作该设备的file_operations结构体（imx6uirq_drv） */
	imx6uirq.cdev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&imx6uirq.cdev, &imx6uirq_drv);

	/* 3、添加一个cdev */
	cdev_add(&imx6uirq.cdev, imx6uirq.devid, DEVICE_CNT);

	/*4 创建设备类
	   使用 class_create() 函数创建一个设备类，设备类用于在/sys/class目录下创建子目录，以组织同一类设备的相关信息。
	   该函数的参数包括所属的模块（THIS_MODULE）和设备类的名称（imx6uirq_NAME）。
	   如果创建失败，IS_ERR() 函数将返回true，表示出错，此时使用 PTR_ERR() 函数返回错误码。 */
	imx6uirq.class = class_create(THIS_MODULE, DEVICE_NAME);
	if (IS_ERR(imx6uirq.class)) {
		return PTR_ERR(imx6uirq.class);
	}

	/*5 创建设备
	   使用 device_create() 函数创建一个设备，并在/dev目录下创建相应的设备节点。
	   参数包括设备所属的类（imx6uirq.class）、父设备（NULL，如果没有父设备）、设备号（imx6uirq.devid）、设备私有数据（NULL，一般为设备驱动程序提供一个指针）和设备名称（imx6uirq_NAME）。
	   如果创建失败，IS_ERR() 函数将返回true，表示出错，此时使用 PTR_ERR() 函数返回错误码。 */
	imx6uirq.device = device_create(imx6uirq.class, NULL, imx6uirq.devid, NULL, DEVICE_NAME);
	if (IS_ERR(imx6uirq.device)) {
		return PTR_ERR(imx6uirq.device);
	}
	atomic_set(&imx6uirq.keyvalue, 0XFF);
	atomic_set(&imx6uirq.releasekey, 0);
	keyio_init(&imx6uirq);
	mytimer_init(&imx6uirq);
	printk("imx6uirq init!\r\n");
	return 0;
}

/************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****************/
static void __exit imx6uirq_exit(void)
{
	del_timer_sync(&imx6uirq.timer);
	free_irq(imx6uirq.irqkeydesc[0].irq_num,&imx6uirq);
	gpio_free(imx6uirq.irqkeydesc[0].gpio_num);

	/*在模块卸载时，使用 cdev_del() 函数注销字符设备驱动，并使用 unregister_chrdev_region() 函数释放设备号资源。*/
	/* 注销字符设备驱动 */
	cdev_del(&imx6uirq.cdev);/*  删除cdev */
	unregister_chrdev_region(imx6uirq.devid, DEVICE_CNT); /* 注销设备号 */

	device_destroy(imx6uirq.class, imx6uirq.devid);// 销毁设备，删除相应的设备节点
	class_destroy(imx6uirq.class);// 销毁设备类，释放相关资源
	printk("imx6uirq_drv exit!\r\n");
}

/*****************其他完善：提供设备信息**********************/
module_init(imx6uirq_init);
module_exit(imx6uirq_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("oudafa");
MODULE_LICENSE("GPL");

四、应用程序的编写.

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include "linux/ioctl.h"
/*
 * @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;
	int ret = 0;
	char *filename;
	unsigned char data;
	
	if (argc != 2) {
		printf("Error Usage!\r\n");
		return -1;
	}

	filename = argv[1];
	fd = open(filename, O_RDWR);
	if (fd < 0) {
		printf("Can't open file %s\r\n", filename);
		return -1;
	}

	while (1) {
		ret = read(fd, &data, sizeof(data));
		if (ret < 0) {  /* 数据读取错误或者无效 */
			
		} else {		/* 数据读取正确 */
			if (data)	/* 读取到数据 */
				printf("key value = %#X\r\n", data);
		}
	}
	close(fd);
	return ret;
}

 

五、实验测试

测试流程和之前一样，先使用make命令生成.ko文件还有APP这 两 个 文 件，然后拷贝到nfs挂载的rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中，重启开发板。

先进入/lib/modules/4.1.15 目录，输入如下命令加载驱动模块：

insmod imx6uirq.ko

驱动加载成功以后可以通过查看/proc/interrupts 文件来检查一下对应的中断有没有被注册 上，输入如下命令：

 cat /proc/interrupts

可以看到如下：

从图可以看出 imx6uirq.c 驱动文件里面的 KEY0 中断已经存在了，触发方式为跳边沿(Edge)，中断号为 49。

接下来使用如下命令来测试中断：

./imx6uirqApp /dev/imx6uirq

按下开发板上的 KEY0 键，终端就会输出按键值，如图所示：


http://www.kler.cn/a/158886.html

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