imx6ull-驱动开发篇23——Linux 内核定时器实验

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实验程序编写

修改设备树文件

定时器驱动程序

timer.c

测试 timerApp.c

Makefile 文件

运行测试

实验程序编写

本讲实验，我们使用正点原子I.MX6U-ALPHA 开发板，通过linux内核定时器周期性的点亮和熄灭开发板上的 LED 灯， LED 灯的闪烁周期由内核定时器来设置，测试应用程序可以控制内核定时器周期。

修改设备树文件

和之前文章一致，GPIO子系统驱动LED，主要是以下几点：

  • 添加 pinctrl 节点
  • 添加 LED 设备节点
  • 检查 PIN 是否被其他外设使用

定时器驱动程序

timer.c

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/timer.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>#define TIMER_CNT		1		/* 设备号个数 	*/
#define TIMER_NAME		"timer"	/* 名字 		*/
#define CLOSE_CMD 		(_IO(0XEF, 0x1))	/* 关闭定时器 */
#define OPEN_CMD		(_IO(0XEF, 0x2))	/* 打开定时器 */
#define SETPERIOD_CMD	(_IO(0XEF, 0x3))	/* 设置定时器周期命令 */
#define LEDON 			1		/* 开灯 */
#define LEDOFF 			0		/* 关灯 *//* timer设备结构体 */
struct timer_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 */int led_gpio;			/* key所使用的GPIO编号		*/int timeperiod; 		/* 定时周期,单位为ms */struct timer_list timer;/* 定义一个定时器*/spinlock_t lock;		/* 定义自旋锁 */
};struct timer_dev timerdev;	/* timer设备 *//** @description	: 初始化LED灯IO，open函数打开驱动的时候* 				  初始化LED灯所使用的GPIO引脚。* @param 		: 无* @return 		: 无*/
static int led_init(void)
{int ret = 0;timerdev.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");if (timerdev.nd== NULL) {return -EINVAL;}timerdev.led_gpio = of_get_named_gpio(timerdev.nd ,"led-gpio", 0);if (timerdev.led_gpio < 0) {printk("can't get led\r\n");return -EINVAL;}/* 初始化led所使用的IO */gpio_request(timerdev.led_gpio, "led");		/* 请求IO 	*/ret = gpio_direction_output(timerdev.led_gpio, 1);if(ret < 0) {printk("can't set gpio!\r\n");}return 0;
}/** @description		: 打开设备* @param - inode 	: 传递给驱动的inode* @param - filp 	: 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量* 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。* @return 			: 0 成功;其他 失败*/
static int timer_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{int ret = 0;filp->private_data = &timerdev;	/* 设置私有数据 */timerdev.timeperiod = 1000;		/* 默认周期为1s */ret = led_init();				/* 初始化LED IO */if (ret < 0) {return ret;}return 0;
}/** @description		: ioctl函数，* @param - filp 	: 要打开的设备文件(文件描述符)* @param - cmd 	: 应用程序发送过来的命令* @param - arg 	: 参数* @return 			: 0 成功;其他 失败*/
static long timer_unlocked_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{struct timer_dev *dev =  (struct timer_dev *)filp->private_data;int timerperiod;unsigned long flags;switch (cmd) {case CLOSE_CMD:		/* 关闭定时器 */del_timer_sync(&dev->timer);break;case OPEN_CMD:		/* 打开定时器 */spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);timerperiod = dev->timeperiod;spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(timerperiod));break;case SETPERIOD_CMD: /* 设置定时器周期 */spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);dev->timeperiod = arg;spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(arg));break;default:break;}return 0;
}/* 设备操作函数 */
static struct file_operations timer_fops = {.owner = THIS_MODULE,.open = timer_open,.unlocked_ioctl = timer_unlocked_ioctl,
};/* 定时器回调函数 */
void timer_function(unsigned long arg)
{struct timer_dev *dev = (struct timer_dev *)arg;static int sta = 1;int timerperiod;unsigned long flags;sta = !sta;		/* 每次都取反，实现LED灯反转 */gpio_set_value(dev->led_gpio, sta);/* 重启定时器 */spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);timerperiod = dev->timeperiod;spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(dev->timeperiod)); }/** @description	: 驱动入口函数* @param 		: 无* @return 		: 无*/
static int __init timer_init(void)
{/* 初始化自旋锁 */spin_lock_init(&timerdev.lock);/* 注册字符设备驱动 *//* 1、创建设备号 */if (timerdev.major) {		/*  定义了设备号 */timerdev.devid = MKDEV(timerdev.major, 0);register_chrdev_region(timerdev.devid, TIMER_CNT, TIMER_NAME);} else {						/* 没有定义设备号 */alloc_chrdev_region(&timerdev.devid, 0, TIMER_CNT, TIMER_NAME);	/* 申请设备号 */timerdev.major = MAJOR(timerdev.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */timerdev.minor = MINOR(timerdev.devid);	/* 获取分配号的次设备号 */}/* 2、初始化cdev */timerdev.cdev.owner = THIS_MODULE;cdev_init(&timerdev.cdev, &timer_fops);/* 3、添加一个cdev */cdev_add(&timerdev.cdev, timerdev.devid, TIMER_CNT);/* 4、创建类 */timerdev.class = class_create(THIS_MODULE, TIMER_NAME);if (IS_ERR(timerdev.class)) {return PTR_ERR(timerdev.class);}/* 5、创建设备 */timerdev.device = device_create(timerdev.class, NULL, timerdev.devid, NULL, TIMER_NAME);if (IS_ERR(timerdev.device)) {return PTR_ERR(timerdev.device);}/* 6、初始化timer，设置定时器处理函数,还未设置周期，所有不会激活定时器 */init_timer(&timerdev.timer);timerdev.timer.function = timer_function;timerdev.timer.data = (unsigned long)&timerdev;return 0;
}/** @description	: 驱动出口函数* @param 		: 无* @return 		: 无*/
static void __exit timer_exit(void)
{gpio_set_value(timerdev.led_gpio, 1);	/* 卸载驱动的时候关闭LED */del_timer_sync(&timerdev.timer);		/* 删除timer */
#if 0del_timer(&timerdev.tiemr);
#endif/* 注销字符设备驱动 */gpio_free(timerdev.led_gpio);		cdev_del(&timerdev.cdev);/*  删除cdev */unregister_chrdev_region(timerdev.devid, TIMER_CNT); /* 注销设备号 */device_destroy(timerdev.class, timerdev.devid);class_destroy(timerdev.class);
}module_init(timer_init);
module_exit(timer_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("huax");

关键代码分析如下：

定时器设备结构体timer_dev，定义了一个定时器成员变量 timer：

/* timer设备结构体 */
struct timer_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 */int led_gpio;			/* key所使用的GPIO编号		*/int timeperiod; 		/* 定时周期,单位为ms */struct timer_list timer;/* 定义一个定时器*/spinlock_t lock;		/* 定义自旋锁 */
};

函数 timer_open，对应应用程序的 open 函数，应用程序调用 open 函数打开/dev/timer 驱动文件的时候此函数就会执行。

static int timer_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{int ret = 0;filp->private_data = &timerdev;	/* 设置私有数据 */timerdev.timeperiod = 1000;		/* 默认周期为1s */ret = led_init();				/* 初始化LED IO */if (ret < 0) {return ret;}return 0;
}

此函数设置文件私有数据为 timerdev，并且初始化定时周期默认为 1 秒，最后调用 led_init 函数初始化 LED 所使用的 IO。

函数 timer_unlocked_ioctl，对应应用程序的 ioctl 函数，应用程序调用 ioctl函数向驱动发送控制信息，此函数响应并执行。

static long timer_unlocked_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd, unsigned long arg)
{struct timer_dev *dev =  (struct timer_dev *)filp->private_data;int timerperiod;unsigned long flags;switch (cmd) {case CLOSE_CMD:		/* 关闭定时器 */del_timer_sync(&dev->timer);break;case OPEN_CMD:		/* 打开定时器 */spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);timerperiod = dev->timeperiod;spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(timerperiod));break;case SETPERIOD_CMD: /* 设置定时器周期 */spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);dev->timeperiod = arg;spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(arg));break;default:break;}return 0;
}

此函数有三个参数： filp， cmd 和 arg，其中 ：

  • filp是对应的设备文件，
  • cmd 是应用程序发送过来的命令信息，
  • arg 是应用程序发送过来的参数，

在本讲定时器实验里， arg 参数表示定时周期。

cmd 有三种命令：

  • CLOSE_CMD： 关闭定时器命令， 调用 del_timer_sync 函数关闭定时器。
  • OPEN_CMD：打开定时器命令，调用 mod_timer 函数打开定时器，定时周期为 timerdev 的timeperiod 成员变量，定时周期默认是 1 秒。
  • SETPERIOD_CMD：设置定时器周期命令，参数 arg 就是新的定时周期，设置 timerdev 的timeperiod 成员变量为 arg 所表示定时周期指。并且使用 mod_timer 重新打开定时器，使定时器以新的周期运行。

函数 timer_function，定时器服务函数，此函有一个参数 arg， 对应timerdev 的地址，这样通过 arg 参数就可以访问到设备结构体。

void timer_function(unsigned long arg)
{struct timer_dev *dev = (struct timer_dev *)arg;static int sta = 1;int timerperiod;unsigned long flags;sta = !sta;		/* 每次都取反，实现LED灯反转 */gpio_set_value(dev->led_gpio, sta);/* 重启定时器 */spin_lock_irqsave(&dev->lock, flags);timerperiod = dev->timeperiod;spin_unlock_irqrestore(&dev->lock, flags);mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(dev->timeperiod)); }

当定时周期到了以后此函数就会被调用。在此函数中将 LED 灯的状态取反，实现 LED 灯闪烁的效果。

函数 timer_init，驱动入口函数里，初始化定时器，设置定时器的定时处理函数为 timer_function，另外设置要传递给 timer_function 函数的参数为 timerdev的地址。

	/* 6、初始化timer，设置定时器处理函数,还未设置周期，所有不会激活定时器 */init_timer(&timerdev.timer);timerdev.timer.function = timer_function;timerdev.timer.data = (unsigned long)&timerdev;

函数 timer_exit里，调用 del_timer_sync 函数删除定时器。

	del_timer_sync(&timerdev.timer);		/* 删除timer */
#if 0del_timer(&timerdev.tiemr);
#endif

测试 timerApp.c

测试 APP 我们要实现的内容如下：

  • 运行 APP 以后提示我们输入要测试的命令，输入 1 表示关闭定时器、输入 2 表示打开定时器，输入 3 设置定时器周期。
  • 如果要设置定时器周期的话，需要让用户输入要设置的周期值，单位为毫秒。

timerApp.c文件代码如下：

#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"/* 命令值 */
#define CLOSE_CMD 		(_IO(0XEF, 0x1))	/* 关闭定时器 */
#define OPEN_CMD		(_IO(0XEF, 0x2))	/* 打开定时器 */
#define SETPERIOD_CMD	(_IO(0XEF, 0x3))	/* 设置定时器周期命令 *//** @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, ret;char *filename;unsigned int cmd;unsigned int arg;unsigned char str[100];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) {printf("Input CMD:");ret = scanf("%d", &cmd);if (ret != 1) {				/* 参数输入错误 */gets(str);				/* 防止卡死 */}if(cmd == 1)				/* 关闭LED灯 */cmd = CLOSE_CMD;else if(cmd == 2)			/* 打开LED灯 */cmd = OPEN_CMD;else if(cmd == 3) {cmd = SETPERIOD_CMD;	/* 设置周期值 */printf("Input Timer Period:");ret = scanf("%d", &arg);if (ret != 1) {			/* 参数输入错误 */gets(str);			/* 防止卡死 */}}ioctl(fd, cmd, arg);		/* 控制定时器的打开和关闭 */	}close(fd);
}

while(1)循环，让用户输入要测试的命令，然后通过 ioctl 函数发送给驱动程序。

如果是设置定时器周期命令 SETPERIOD_CMD，那么 ioctl 函数的 arg 参数就是用户输入的周期值。

Makefile 文件

makefile文件只需要修改 obj-m 变量的值，改为timer.o

KERNELDIR := /home/huax/linux/linux_test/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_gaCURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := timer.obuild: kernel_modules
kernel_modules:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

运行测试

编译代码：

make -j32 //编译makefile文件
arm-linux-gnueabihf-gcc timerApp.c -o timerApp    //编译测试程序

编译成功以后，就会生成一个名为“timer.ko”的驱动模块文件，和timerApp 这个应用程序。

将编译出来的 timer.ko 和 timerApp 这两个文件拷贝到 rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中，重启开发板。

进入到目录 lib/modules/4.1.15 中，输入如下命令加载 timer.ko 驱动模块：

depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe timer.ko //加载驱动

驱动加载成功以后，输入命令来测试：

/timerApp /dev/timer

打印如下：

提示我们输入cmd指令。

输入“2”，打开定时器，此时 LED 灯就会以默认的 1 秒周期开始闪烁。

再输入“3”来设置定时周期，根据提示输入要设置的周期值：

输入“500”，表示设置定时器周期值为 500ms，设置好以后 LED 灯就会以 500ms 为间隔，开始闪烁。

最后可以通过输入“1”来关闭定时器。

卸载驱动的话输入如下命令：

rmmod timer.ko

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