使用Linux原子操作實(shí)現(xiàn)互斥點(diǎn)燈

1. 原子操作介紹

Linux原子操作是指不能再進(jìn)一步分割的操作，一般原子操作用于變量或者位操作。Linux內(nèi)核定義了atomic_t結(jié)構(gòu)體來(lái)完成整型數(shù)據(jù)的原子操作，此結(jié)構(gòu)體定義在include/linux/types.h文件中

typedef struct {
    int counter;
} atomic_t;

原子操作相關(guān) API 函數(shù)如下圖示：

2. 原子操作實(shí)例

本實(shí)例中使用原子操作來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED設(shè)備的互斥訪(fǎng)問(wèn)，即一次只允許一個(gè)應(yīng)用程序使用LED燈，代碼是在pinctrl與gpio子系統(tǒng)下的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架一文的基礎(chǔ)上完成的

2.1 修改設(shè)備樹(shù)文件

設(shè)備樹(shù)文件修改與pinctrl與gpio子系統(tǒng)下的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架文中的修改方法一樣，此處無(wú)需修改

2.2 編寫(xiě)驅(qū)動(dòng)程序

拷貝pinctrl與gpio子系統(tǒng)下的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架文中的gpioled.c驅(qū)動(dòng)文件，并重命名為atomicled.c，對(duì)部分代碼進(jìn)行修改，其余保持不變

在設(shè)備結(jié)構(gòu)體中，添加原子變量

struct gpioled_dev{
    dev_t devid;                //設(shè)備號(hào)
    struct cdev cdev;           //cdev字符設(shè)備
    struct class *class;        //類(lèi)
    struct device *device;      //設(shè)備
    int major;                  //主設(shè)備號(hào)
    int minor;                  //次設(shè)備號(hào)
    struct device_node *nd;     //設(shè)備節(jié)點(diǎn)
    int led_gpio;               //所使用的gpio編號(hào)
    atomic_t lock;              //原子變量
};

struct gpioled_dev gpioled;     //定義led設(shè)備

打開(kāi)設(shè)備時(shí)，判斷原子變量的值來(lái)檢查L(zhǎng)ED有沒(méi)有被占用

static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp){
    if(!atomic_dec_and_test(&gpioled.lock)){
        atomic_inc(&gpioled.lock);     //小于0的話(huà)就加1，使其原子變量等于0
        return -EBUSY;                 //LED被使用，返回忙
    }
 
    filp->private_data = &gpioled;     //設(shè)置私有數(shù)據(jù)
    return 0;
}

關(guān)閉設(shè)備時(shí)，釋放原子變量

static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp){
    struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
    atomic_inc(&dev->lock);      //釋放原子變量
}

驅(qū)動(dòng)入口函數(shù)中，對(duì)原子變量進(jìn)行初始化

static int __init led_init(void){
    int ret = 0;
    /* 初始化原子變量 */
    atomic_set(&gpioled.lock, 1);  //原子變量初始值為 1 
    /* 設(shè)置 LED 所使用的 GPIO */
    /* 1、獲取設(shè)備節(jié)點(diǎn)：gpioled */
    gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
    ......
    ......
}

2.3 編寫(xiě)測(cè)試程序

拷貝pinctrl與gpio子系統(tǒng)下的字符設(shè)備驅(qū)動(dòng)框架文中的gpioledApp.c測(cè)試程序，并重命名為atomicApp.c，添加模擬占用LED的代碼，使測(cè)試程序在獲取LED驅(qū)動(dòng)使用權(quán)后會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，添加如下代碼

while(1){
    sleep(5);
    cnt++;
    printf("App running times: %d\\r\\n",cnt);
    if(cnt >= 5)
        break;
}

2.4 編譯測(cè)試

編譯驅(qū)動(dòng)程序：當(dāng)前目錄下創(chuàng)建Makefile文件，并make編譯

KERNELDIR := /home/andyxi/linux/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_andyxi
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := atomicled.o

build: kernel_modules

kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

編譯測(cè)試程序：無(wú)需內(nèi)核參與，直接編譯即可

arm-linux-gnueabihf-gcc atomicApp.c -o atomicApp

運(yùn)行測(cè)試：?jiǎn)?dòng)開(kāi)發(fā)板后，加載驅(qū)動(dòng)模塊，操作LED燈后，相應(yīng)時(shí)間內(nèi)再次操作LED會(huì)提示失敗，說(shuō)明互斥點(diǎn)燈成功

depmod                           #第一次加載驅(qū)動(dòng)的時(shí)候需要運(yùn)行此命令
modprobe gpioled.ko              #加載驅(qū)動(dòng)
# 打開(kāi)LED后，每隔5秒會(huì)輸出一行App running times
./atomicApp /dev/gpioled 1&      # &表示在后臺(tái)運(yùn)行APP

#在LED被占用期間，再次操作LED，會(huì)輸出打開(kāi)驅(qū)動(dòng)失敗
./atomicApp /dev/gpioled 0