學習目的：
- 使用中斷方式改寫查詢方式按鍵驅動程序
上一篇實現了查詢方式的按鍵驅動程序，編寫測試程序測試后發現，雖然應用程序可以通過系統調用使用驅動程序獲取按鍵狀態，但應用程序占CPU的資源極高。這一篇在編寫按鍵驅動程序中引入中斷方式，優化查詢方式實現的按鍵驅動程序。
核心思想：驅動程序中的button_drv_read函數內部加入休眠操作，當應用程序調用read函數去讀取按鍵值時，此時如果按鍵無按下或松開動作，該進程被加以休眠隊列。當按鍵按下觸發相應中斷服務程序，此時喚醒休眠的應用程序，在休眠地方繼續運行讀取按鍵值，並返回給應用程序。
程序編寫步驟（以查詢方式按鍵驅動程序為模板進行修改）：
1）修改button_drv_open函數，在其中加入注冊按鍵的中斷服務函數
2）編寫中斷服務函數，在中斷服務函數中喚醒加入休眠隊列的用戶進程
3）修改button_drv_read函數，判斷按鍵是否有有效動作，若無有效動作將用戶進程加入休眠隊列中
4）修改button_drc_exit函數，卸載驅動程序時，卸載按鍵中斷服務函數設置
1、硬件連接
| 按鍵名稱 | Altium Designer繪制電路圖表示網絡 | 連接芯片引腳 | 對應芯片外部中斷號 |
| S2 | EINT0 | GPF0 | EINT0 |
| S3 | EINT2 | GPF2 | EINT2 |
| S4 | EINT11 | GPG3 | EINT11 |
| S5 | EINT19 | GPG11 | EINT19 |
如上表所示，S2、S3、S4、S5按鍵分別連接到2440的GPF0、GPF2、GPG3、GPG11引腳，對應控制器的外部中斷0、外部中斷2、外部中斷11、外部中斷19。當使能控制器外部中斷0、2、11、19，設置外部中斷的觸發方式，滿足觸發條件時，CPU將進入中斷模式。得益於這樣硬件設計機制，才能保證可以通過中斷方式編寫驅動程序。
2、中斷注冊和卸載函數
2.1 中斷注冊函數
int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long irqflags, const char * devname, void *dev_id)
request_irq函數是內核中提供的中斷注冊函數，函數的各參數解釋如下：
irq：中斷號，控制器相關聯的，內核支持的硬件平台的中斷號一般在include/asm-xxx/arch-xxx目錄的irq.h文件中定義。以s3c2410為例，存放路徑內核源碼樹include\asm-arm\arch-s3c2410\irq.h文件
handler：中斷服務函數，irq對應中斷發生時，調用中斷服務函數
irqflags：中斷處理的屬性
devname：設置中斷名稱，通常是設備驅動程序的名稱 在cat /proc/interrupts中可以看到此名稱
dev_id: 一般設置為NULL，也可以指定指向特殊數據類型，該參數會傳遞給中斷服務函數
2.2 中斷卸載函數
void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)
free_irq函數作用與request_irq功能相反，該函數是內核中提供的卸載中斷服務的函數，各參數解釋如下：
irq：要卸載中斷號
dev_id：同request中的dev_id相同
3、驅動程序實現
3.1 button_drv_open函數
static int button_drv_open(struct inode *inode, struct file *file) { int i; *gpfcon &= ~((0x3<<(0*2)) | (0x3<<(2*2))); *gpgcon &= ~((0x3<<(3*2)) | (0x3<<(11*2))); /* 注冊中斷處理函數 */ for(i = 0; i < BUTTON_NUMS; i++) request_irq(btn_desc[i].irq_type, button_irq_handle, btn_desc[i].flags, btn_desc[i].name, &btn_desc[i]); return 0; }
button_drv_open函數，配置2440連接按鍵的引腳為輸入模式，調用request_irq注冊了按鍵引腳的外部中斷，設置以雙邊沿觸發方式觸發中斷
btn_desc為struct button_desc類型結構體數組，struct button_desc結構體數據類型描述如下：
struct button_desc { int pin; int irq_type; unsigned long flags; char *name; int key_val; };
pin：連接按鍵相關2440引腳
irq_type：中斷編號
flags：中斷處理的屬性
name：中斷名稱
key_val：用以描述此按鍵的值
3.2 button_irq_handle中斷服務函數
button_irq_handle為中斷服務程序，其源碼如下：
static irqreturn_t button_irq_handle(int irq, void *dev_id) { struct button_desc *pdesc = NULL; unsigned char pin_val; pdesc = (struct button_desc *)dev_id; pin_val = gpio_get_value(pdesc->pin); if(pin_val == 1) { key_status = pdesc->key_val | 0x80; } else { key_status = pdesc->key_val; } event_trig = 1; wake_up_interruptible(&button_waitq); return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED); }
按鍵按下時，觸發外部中斷，此時相應的中斷服務函數會被調用。中斷服務函數中根據傳入參數獲取當前觸發中斷的外部引腳信息，並讀取該引腳狀態。通過調用wake_up_interruptible函數喚醒button_waitq隊列中休眠等待有效數據讀取的用戶進程，並將event_trig變量設置為1。
gpio_get_val函數根據傳入引腳，返回當前引腳的狀態，1：按鍵松開，0：按鍵按下
key_status: S2 S3 S3 S4
鍵值：按下 0x01 0x02 0x03 0x04
鍵值：松開 0x81 0x82 0x83 0x84
3.3 button_drv_read函數
static ssize_t button_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { if(count != 1) return EINVAL; wait_event_interruptible(button_waitq, event_trig); if(copy_to_user(buf, &key_status, count)) return EFAULT; event_trig = 0; return 0; }
應用程序調用read函數時被調用，event_trig為1，表示按鍵有有效值可讀取，此時直接拷貝描述按鍵狀態變量key_status值給用戶程序；event_trig為0，表示按鍵無有效值可讀，此時調用read函數讀取按鍵信息的進程被加入到button_waitq為頭部隊列中進行休眠。當按鍵按下觸發中斷，中斷服務函數中將該休眠的進程喚醒，並將event_trig置為1，完成后續讀操作。
3.3 button_drv_close函數
static int button_drv_close(struct inode *inode, struct file *file) { int i; for(i = 0; i < BUTTON_NUMS; i++) free_irq(btn_desc[i].irq_type, &btn_desc[i]); return 0; }
在不使用時，調用free_irq注銷中斷服務程序，釋放相關資源
4、編寫驅動測試程序
int main(int argc, char **argv) { int fd, ret; unsigned char key_buf; fd = open("/dev/button", O_RDWR); if(fd == -1) { printf("can't open...\n"); exit(EXIT_FAILURE); } while(1) { ret = read(fd, &key_buf, 1); if(ret < 0) { printf("read err...\n"); continue; } /* 判斷有按鍵按下，打印按鍵信息 */ printf("key_val=0x%x\n", key_buf); } exit(EXIT_SUCCESS); }
讀取按鍵狀態信息，並在串口終端打印讀取的狀態
5、測試結果
驅動中設置外部中斷觸發方式為雙邊沿觸發，按鍵按下松開時都能夠觸發中斷服務程序
第一次按下S3按鍵，讀取值時0x3，松開時讀取值0x83
第一次按下S2按鍵，讀取值時0x2，松開時讀取值0x82
第一次按下S1按鍵，讀取值時0x1，松開時讀取值0x81
讀取按鍵，當無有效按鍵值可讀時，測試進程一般處於休眠狀態，占用CPU資源率基本為0，改善了上一篇中查詢方式占CPU資源多的缺點
完整驅動程序代碼
#include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/init.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/irq.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/irq.h> #include <asm/io.h> #include <plat/gpio-fns.h> #include <mach/gpio-nrs.h> #include <linux/interrupt.h> #include <linux/wait.h> #include <linux/sched.h> #include <linux/device.h> #include <linux/gpio.h> #define BUTTON_NUMS 4 #define IRQT_BOTHEDGE IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING static int major; static int event_trig = 0; static unsigned char key_status; static volatile unsigned long *gpfcon = NULL; static volatile unsigned long *gpgcon = NULL; static volatile unsigned long *gpfdat = NULL; static volatile unsigned long *gpgdat = NULL; static struct class *button_drv_class; static struct class_device *button_drv_class_dev; static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq); struct button_desc { int pin; int irq_type; unsigned long flags; char *name; int key_val; }; static struct button_desc btn_desc[BUTTON_NUMS] = { {S3C2410_GPF(0), IRQ_EINT0, IRQT_BOTHEDGE, "S2", 1}, {S3C2410_GPF(2), IRQ_EINT2, IRQT_BOTHEDGE, "S3", 2}, {S3C2410_GPG(3), IRQ_EINT11, IRQT_BOTHEDGE, "S4", 3}, {S3C2410_GPG(11), IRQ_EINT19, IRQT_BOTHEDGE, "S5", 4}, }; static int button_drv_open(struct inode *inode, struct file *file); static ssize_t button_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos); static ssize_t button_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos); static int button_drv_close(struct inode *inode, struct file *file); struct file_operations button_drv_fileop = { .owner = THIS_MODULE, /* 這是一個宏，推向編譯模塊時自動創建的__this_module變量 */ .open = button_drv_open, .read = button_drv_read, .write = button_drv_write, .release = button_drv_close, }; static irqreturn_t button_irq_handle(int irq, void *dev_id) { struct button_desc *pdesc = NULL; unsigned char pin_val; pdesc = (struct button_desc *)dev_id; pin_val = gpio_get_value(pdesc->pin); if(pin_val == 1) { key_status = pdesc->key_val | 0x80; } else { key_status = pdesc->key_val; } event_trig = 1; wake_up_interruptible(&button_waitq); return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED); } static int button_drv_open(struct inode *inode, struct file *file) { int i; *gpfcon &= ~((0x3<<(0*2)) | (0x3<<(2*2))); *gpgcon &= ~((0x3<<(3*2)) | (0x3<<(11*2))); /* 注冊中斷處理函數 */ for(i = 0; i < BUTTON_NUMS; i++) request_irq(btn_desc[i].irq_type, button_irq_handle, btn_desc[i].flags, btn_desc[i].name, &btn_desc[i]); return 0; } static ssize_t button_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { if(count != 1) return EINVAL; wait_event_interruptible(button_waitq, event_trig); if(copy_to_user(buf, &key_status, count)) return EFAULT; event_trig = 0; return 0; } static ssize_t button_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { printk("button_drv_write\n"); return 0; } static int button_drv_close(struct inode *inode, struct file *file) { int i; for(i = 0; i < BUTTON_NUMS; i++) free_irq(btn_desc[i].irq_type, &btn_desc[i]); return 0; } static int button_drv_init(void) { major = register_chrdev(0, "button_light", &button_drv_fileop); button_drv_class = class_create(THIS_MODULE, "button_drv"); //button_drv_class_dev = class_device_create(button_drv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "button"); /* /dev/button */ button_drv_class_dev = device_create(button_drv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "button"); /* /dev/button */ gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16); gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16); gpfdat = gpfcon + 1; gpgdat = gpgcon + 1; return 0; } static void button_drv_exit(void) { unregister_chrdev(major, "button_drv"); //class_device_unregister(button_drv_class_dev); device_unregister(button_drv_class_dev); class_destroy(button_drv_class); iounmap(gpfcon); iounmap(gpgcon); } module_init(button_drv_init); module_exit(button_drv_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
完整測試程序代碼
#include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> int main(int argc, char **argv) { int fd, ret; unsigned char key_buf; fd = open("/dev/button", O_RDWR); if(fd == -1) { printf("can't open...\n"); exit(EXIT_FAILURE); } while(1) { ret = read(fd, &key_buf, 1); if(ret < 0) { printf("read err...\n"); continue; } /* 判斷有按鍵按下，打印按鍵信息 */ printf("key_val=0x%x\n", key_buf); } exit(EXIT_SUCCESS); }