芯耀
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公眾號：嵌入式攻城獅（ID：andyxi_linux）
作者：安迪西
1. 信號量介紹
信號量常用于控制對共享資源的訪問，有計(jì)數(shù)型信號量和二值信號量之分。初始化時(shí)信號量值大于1的，就是計(jì)數(shù)型信號量，計(jì)數(shù)型信號量不能用于互斥訪問，它允許多個(gè)線程同時(shí)訪問共享資源。若要互斥訪問共享資源，信號量的值就不能大于1，此時(shí)就是二值信號量
Linux內(nèi)核使用semaphore結(jié)構(gòu)體表示信號量，結(jié)構(gòu)體內(nèi)容如下所示：
struct semaphore {
raw_spinlock_t lock;
unsigned int count;
struct list_head wait_list;
};
信號量操作相關(guān)API函數(shù)如下圖示：
2. 信號量實(shí)例
本實(shí)例中使用信號量來實(shí)現(xiàn)對LED設(shè)備的互斥訪問，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
信號量可以導(dǎo)致休眠，因此信號量保護(hù)的臨界區(qū)沒有運(yùn)行時(shí)間限制，可以在驅(qū)動(dòng)的open函數(shù)申請信號量，在release函數(shù)中釋放信號量
2.1 修改設(shè)備樹文件
設(shè)備樹文件修改與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，不需要做任何修改
2.2 編寫驅(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sema.c，對部分代碼進(jìn)行修改，其余保持不變
? 在設(shè)備結(jié)構(gòu)體中，添加信號量
struct gpioled_dev{
dev_t devid; //設(shè)備號
struct cdev cdev; //cdev字符設(shè)備
struct class *class; //類
struct device *device; //設(shè)備
int major; //主設(shè)備號
int minor; //次設(shè)備號
struct device_node *nd; //設(shè)備節(jié)點(diǎn)
int led_gpio; //所使用的gpio編號
struct semaphore sem; //信號量
};
struct gpioled_dev gpioled; //定義led設(shè)備
? 打開設(shè)備時(shí)，獲取信號量
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp){
filp->private_data = &gpioled; //設(shè)置私有數(shù)據(jù)
if(down_interruptible(&gpioled.sem)){
return -ERESTARTSYS; //進(jìn)入休眠后可被信號打斷
}
#if 0
down(&gpioled.sem); //休眠后不能被信號打斷
#endif
return 0;
}
? 關(guān)閉設(shè)備時(shí)，釋放信號量
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp){
struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
up(&dev->sem); //釋放信號量，信號量值加1
return 0;
}
? 驅(qū)動(dòng)入口函數(shù)中，對信號量進(jìn)行初始化
static int __init led_init(void){
int ret = 0;
/* 初始化信號量 */
sema_init(&gpioled.sem, 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 編寫測試程序
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程序，并重命名為semaApp.c，添加模擬占用LED的代碼，使測試程序在獲取LED驅(qū)動(dòng)使用權(quán)后會持續(xù)一段時(shí)間，添加如下代碼
while(1){
sleep(5);
cnt++;
printf("App running times: %drn",cnt);
if(cnt >= 5)
break;
}
2.4 編譯測試
? 編譯驅(qū)動(dòng)程序：當(dāng)前目錄下創(chuàng)建Makefile文件，并make命令編譯
KERNELDIR := /home/andyxi/linux/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_andyxi
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := semaphore.o
build: kernel_modules
kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean
? 編譯測試程序：無需內(nèi)核參與，直接編譯即可
arm-linux-gnueabihf-gcc semaApp.c -o semaApp
? 運(yùn)行測試：啟動(dòng)開發(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時(shí)，第二個(gè)應(yīng)用程序會進(jìn)入休眠，等前面的應(yīng)用程序運(yùn)行完后，第二個(gè)應(yīng)用程序會接著運(yùn)行
depmod #第一次加載驅(qū)動(dòng)的時(shí)候需要運(yùn)行此命令
modprobe semaphore.ko #加載驅(qū)動(dòng)
# 打開LED后，每隔5秒會輸出一行App running times
./semaApp /dev/gpioled 1& # &表示在后臺運(yùn)行APP
#在LED被占用期間，再次操作LED，會因?yàn)楂@取信號量失敗而進(jìn)入休眠狀態(tài)
#等前一條命令運(yùn)行完并釋放信號量后才能獲取LED使用權(quán)
./semaApp /dev/gpioled 0
