Linux驱动开发基础__定时器_setup_timer

目录

1 内核函数

2 定时器时间单位

3 使用定时器处理按键抖动

4 编程

4.1 gpio_key_drv.c

4.2 button_test.c

4.3 Makefile

1 内核函数

所谓定时器，就是闹钟，时间到后你就要做某些事。有 2 个要素：时间、做事，换成程序员的话就是：超时时间、函数。 在 内 核 中 使 用 定 时 器 很 简 单 ， 涉 及 这 些 函 数 ( 参 考 内 核 源 码
include\linux\timer.h)： 
⚫  setup_timer(timer, fn, data)： 
设置定时器，主要是初始化 timer_list 结构体，设置其中的函数、参数。 
⚫  void add_timer(struct timer_list *timer)： 
向内核添加定时器。timer->expires 表示超时时间。  
当 超 时 时 间 到 达 ， 内 核 就 会 调 用 这 个 函 数 ：timer->function(timer->data)。 
⚫  int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires): 
修改定时器的超时时间， 
它等同于：del_timer(timer);  timer->expires  =  expires; add_timer(timer); 
但是更加高效。 
⚫  int del_timer(struct timer_list *timer)： 
删除定时器。 

2 定时器时间单位

编译内核时，可以在内核源码根目录下用“ls -a”看到一个隐藏文件，它就是内核配置文件。打开后可以看到如下这项： CONFIG_HZ=100 
这表示内核每秒中会发生 100 次系统滴答中断(tick)，这就像人类的心跳一样，这是 Linux 系统的心跳。每发生一次 tick 中断，全局变量 jiffies 就会累加 1。 
CONFIG_HZ=100 表示每个滴答是 10ms。 
定时器的时间就是基于 jiffies 的，我们修改超时时间时，一般使用这 2 种方法： 
在 add_timer 之前，直接修改： 

timer.expires = jiffies + xxx;   // xxx 表示多少个滴答后超时，也就是 xxx*10ms 
timer.expires = jiffies + 2*HZ;  // HZ 等于 CONFIG_HZ，2*HZ 就相当于 2 秒 

在 add_timer 之后，使用 mod_timer 修改： 

mod_timer(&timer, jiffies + xxx);   // xxx 表示多少个滴答后超时，也就是 xxx*10ms 
mod_timer(&timer, jiffies + 2*HZ);  // HZ 等于 CONFIG_HZ，2*HZ 就相当于 2 秒 

3 使用定时器处理按键抖动

在实际的按键操作中，可能会有机械抖动： 

按下或松开一个按键，它的 GPIO 电平会反复变化，最后才稳定。一般是几十毫秒才会稳定。 
如果不处理抖动的话，用户只操作一次按键，中断程序可能会上报多个数据。怎么处理？ 
◼  在按键中断程序中，可以循环判断几十亳秒，发现电平稳定之后再上报 
◼  使用定时器 

显然第 1 种方法太耗时，违背“中断要尽快处理”的原则，你的系统会很卡。怎
么使用定时器？看下图：  

核心在于：在 GPIO 中断中并不立刻记录按键值，而是修改定时器超时时间，10ms 后再处理。 
◼  如果 10ms 内又发生了 GPIO 中断，那就认为是抖动，这时再次修改超时时间为 10ms。 
◼  只有 10ms 之内再无 GPIO 中断发生，那么定时器的函数才会被调用。在定时器函数中记录按键值。  

4 编程

4.1 gpio_key_drv.c

代码probe函数中gpio_keys_100ask[i].key_timer.expires = ~0;第一眼觉得这里设置值为1，而probe函数是注册驱动程序就会被调用，那么不是没等按下按键立马就读取按键了吗，后来才发现这里是0按位取反，也就是全FFFFFFFF，这里的定时器相当于设置了最大值,所以定时时间一直不会到，等到按键按下在中断处理程序中会重新设置定时时间为20ms。

&&  || ！这是逻辑的与或非

&  |  ~这是位操作的按位与，按位或，按位取反。

#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>
#include <linux/timer.h>
 
struct gpio_key{
	int gpio;
	struct gpio_desc *gpiod;
	int flag;
	int irq;
	struct timer_list key_timer;
} ;
 
static struct gpio_key *gpio_keys_100ask;
 
/* 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);
 
static void key_timer_expire(unsigned long data)
{
	/* data ==> gpio */
	struct gpio_key *gpio_key = data;
	int val;
	int key;
 
	val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);
 
 
	printk("key_timer_expire 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);
}
 
 
/* 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;
 
	if (is_key_buf_empty() && (file->f_flags & O_NONBLOCK))
		return -EAGAIN;
	
	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;
	printk("gpio_key_isr key %d irq happened\n", gpio_key->gpio);
	mod_timer(&gpio_key->key_timer, jiffies + HZ/5);
	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_100ask = kzalloc(sizeof(struct gpio_key) * count, GFP_KERNEL);
	for (i = 0; i < count; i++)
	{		
		gpio_keys_100ask[i].gpio = of_get_gpio_flags(node, i, &flag);
		if (gpio_keys_100ask[i].gpio < 0)
		{
			printk("%s %s line %d, of_get_gpio_flags fail\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
			return -1;
		}
		gpio_keys_100ask[i].gpiod = gpio_to_desc(gpio_keys_100ask[i].gpio);
		gpio_keys_100ask[i].flag = flag & OF_GPIO_ACTIVE_LOW;
		gpio_keys_100ask[i].irq  = gpio_to_irq(gpio_keys_100ask[i].gpio);
 
		setup_timer(&gpio_keys_100ask[i].key_timer, key_timer_expire, &gpio_keys_100ask[i]);
		gpio_keys_100ask[i].key_timer.expires = ~0;
		add_timer(&gpio_keys_100ask[i].key_timer);
	}
 
	for (i = 0; i < count; i++)
	{
		err = request_irq(gpio_keys_100ask[i].irq, gpio_key_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, "100ask_gpio_key", &gpio_keys_100ask[i]);
	}
 
	/* 注册file_operations 	*/
	major = register_chrdev(0, "100ask_gpio_key", &gpio_key_drv);  /* /dev/gpio_key */
 
	gpio_key_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_gpio_key_class");
	if (IS_ERR(gpio_key_class)) {
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		unregister_chrdev(major, "100ask_gpio_key");
		return PTR_ERR(gpio_key_class);
	}
 
	device_create(gpio_key_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "100ask_gpio_key"); /* /dev/100ask_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, "100ask_gpio_key");
 
	count = of_gpio_count(node);
	for (i = 0; i < count; i++)
	{
		free_irq(gpio_keys_100ask[i].irq, &gpio_keys_100ask[i]);
		del_timer(&gpio_keys_100ask[i].key_timer);
	}
	kfree(gpio_keys_100ask);
    return 0;
}
 
 
static const struct of_device_id ask100_keys[] = {
    { .compatible = "100ask,gpio_key" },
    { },
};
 
/* 1. 定义platform_driver */
static struct platform_driver gpio_keys_driver = {
    .probe      = gpio_key_probe,
    .remove     = gpio_key_remove,
    .driver     = {
        .name   = "100ask_gpio_key",
        .of_match_table = ask100_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");
 
 

4.2 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;
 
/*
 * ./button_test /dev/100ask_button0
 *
 */
int main(int argc, char **argv)
{
	int val;
	struct pollfd fds[1];
	int timeout_ms = 5000;
	int ret;
	int	flags;
 
	int i;
	
	/* 1. 判断参数 */
	if (argc != 2) 
	{
		printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);
		return -1;
	}
 
 
	/* 2. 打开文件 */
	fd = open(argv[1], O_RDWR | O_NONBLOCK);
	if (fd == -1)
	{
		printf("can not open file %s\n", argv[1]);
		return -1;
	}
 
	for (i = 0; i < 10; i++) 
	{
		if (read(fd, &val, 4) == 4)
			printf("get button: 0x%x\n", val);
		else
			printf("get button: -1\n");
	}
 
	flags = fcntl(fd, F_GETFL);
	fcntl(fd, F_SETFL, flags & ~O_NONBLOCK);
 
	while (1)
	{
		if (read(fd, &val, 4) == 4)
			printf("get button: 0x%x\n", val);
		else
			printf("while get button: -1\n");
	}
	
	close(fd);
	
	return 0;
}
 
 

4.3 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 =  # 板子所用内核源码的目录
 
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