[RK3568 Android11] 教程之内核处理并发和竞争机制(互斥锁)

本文详细介绍了Linux内核中的互斥锁(mutex),包括其定义、特点、适用场景以及API函数。互斥锁用于保证内核中的互斥访问,适用于进程上下文,不适用于中断上下文。当线程无法获取锁时,会进入睡眠等待。文章还提及了互斥锁与中断上下文的区别以及与自旋锁的对比。

总目录链接:[RK3568 Android11] 本专栏说明和总目录

目录

前言

一、了解互斥锁

二、互斥锁API函数


前言

        互斥锁(mutex)是内核较常使用的锁机制,主要用于实现内核中的互斥访问功能;

一、了解互斥锁

1、互斥锁定义
        互斥锁(Mutex)是在原子操作API的基础上实现的信号量行为。互斥锁不能进行递归锁定或解锁,能用于进程上下文但是不能用于中断上下文,同一时间只能有一个任务持有互斥锁,而且只有这个任务可以对互斥锁进行解锁。当无法获取锁时,线程进入睡眠等待状态。
         进程上下文概念:是对进程执行活动全过程的描述;就是一个进程在执行的时候,CPU的所有寄存器中的值、进程的状态以及堆栈上的内容,当内核需要切换到另一个进程时,它需要保存当前进程的所有状态,即保存当前进程的上下文,以便再次执行该进程时,能够恢复到切换时的状态,继续执行。我们把已执行过的进程指令和数据在相关寄存器与堆栈中的内容称为进程上文,把正在执行的指令和数据在寄存器与堆栈中的内容称为进程正文,把待执行的指令和数据在寄存器与堆栈中的内容称为进程下文。进程上下文可以睡眠,也可以调用调度程序;
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<think>好的,我现在需要帮助用户了解如何在RK3568芯片上实现一个符合platform框架、使用设备树的LED驱动程序,要求具备覆盖中断、同步互斥、阻塞GPIO功能。首先,我得先回顾一下这些概念RK3568的相关知识。 用户提到的platform框架设备树,这是Linux内核中常用的驱动模型设备管理方法。设备树用于描述硬件配置,而platform驱动则与设备匹配,实现硬件操作。接下来是覆盖中断,可能指的是中断处理,比如按键触发LED状态变化。同步互斥通常涉及互斥锁或信号量,防止并发访问导致的问题。阻塞机制可能需要使用等待队列,当条件不满足时让进程休眠。GPIO功能则是控制LED的关键,需要配置GPIO引脚的方向输出值。 首先,我需要确定RK3568的GPIO控制器在设备树中的表示方式。通常,Rockchip芯片的GPIO控制器节点是gpio0到gpio4,每个节点控制不同的GPIO组。用户需要定义LED可能的中断引脚,比如按键对应的GPIO。设备树中需要添加一个自定义节点,指定GPIO引脚中断属性。 然后是驱动部分。Platform驱动需要匹配设备树中的节点,当匹配成功时,probe函数会被调用。在probe中,要获取GPIO资源,申请GPIO,配置为输出。同时,如果有中断,比如按键中断,需要申请中断处理函数,并在中断服务例程中处理事件。同步互斥需要使用互斥锁,比如在修改LED状态时加锁,防止多个进程同时访问。阻塞操作可能需要使用等待队列,当按键按下时唤醒等待的进程。 中断处理需要注意上下文的限制,顶半部处理关键任务,底半部使用tasklet或工作队列处理耗时操作。比如在中断处理函数中调度工作队列,修改LED状态。阻塞功能的实现需要在read函数中让进程休眠,直到有数据可读。当按键触发中断时,唤醒等待队列中的进程。 此外,字符设备需要注册,提供文件操作结构体,包括open、release、read、write等方法。在write中处理用户空间传来的控制命令,改变LED状态,并可能唤醒阻塞的进程。同步机制互斥锁保护共享资源,比如LED的状态变量。 可能遇到的难点包括设备树节点的正确编写,确保GPIO中断属性正确;中断申请的触发类型是否正确;同步机制是否有效避免竞态条件;阻塞唤醒机制的正确实现,避免进程无法唤醒或过早唤醒。 总结步骤应该是:编写设备树节点,定义GPIO中断;编写platform驱动,匹配设备树节点,在probe中初始化GPIO,申请中断,初始化互斥锁等待队列;实现文件操作函数,处理读写阻塞;处理中断,更新状态,唤醒进程;确保同步机制正确应用。 需要验证驱动是否正常工作,可以通过加载模块、创建设备节点,使用应用程序进行测试,如打开设备文件,读取或写入控制LED,或者使用阻塞读等待按键事件。同时检查日志信息,确保没有资源申请失败或竞态问题。</think>在RK3568芯片上实现一个符合Linux Platform框架且支持设备树、中断、同步互斥、阻塞操作GPIO控制的LED驱动程序,需要以下步骤关键代码实现: --- ### **一、设备树配置(DTS)** ```dts / { led_gpio_demo { compatible = "rockchip,rk3568-led-demo"; led-gpios = <&gpio0 10 GPIO_ACTIVE_HIGH>; // LED引脚 irq-gpio = <&gpio0 5 GPIO_ACTIVE_LOW>; // 中断引脚(如按键) interrupt-parent = <&gpio0>; interrupts = <5 IRQ_TYPE_EDGE_FALLING>; }; }; ``` --- ### **二、驱动核心实现** #### 1. 驱动结构定义 ```c struct led_priv { struct gpio_desc *led_gpio; int irq_num; atomic_t led_state; struct mutex lock; wait_queue_head_t waitq; bool irq_occurred; }; ``` #### 2. Platform驱动匹配 ```c static const struct of_device_id led_dt_ids[] = { { .compatible = "rockchip,rk3568-led-demo" }, {} }; static struct platform_driver led_driver = { .probe = led_probe, .remove = led_remove, .driver = { .name = "rk3568_led_demo", .of_match_table = led_dt_ids, }, }; ``` #### 3. Probe函数初始化 ```c static int led_probe(struct platform_device *pdev) { struct led_priv *priv; priv = devm_kzalloc(&pdev->dev, sizeof(*priv), GFP_KERNEL); // 获取GPIO priv->led_gpio = devm_gpiod_get(&pdev->dev, "led", GPIOD_OUT_LOW); // 申请中断 priv->irq_num = gpiod_to_irq(priv->irq_gpio); ret = devm_request_irq(&pdev->dev, priv->irq_num, led_irq_handler, IRQF_TRIGGER_FALLING, "led-demo-irq", priv); // 初始化互斥锁等待队列 mutex_init(&priv->lock); init_waitqueue_head(&priv->waitq); // 注册字符设备 alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, "rk3568_led"); cdev_init(&priv->cdev, &led_fops); cdev_add(&priv->cdev, devno, 1); } ``` #### 4. 中断处理函数 ```c static irqreturn_t led_irq_handler(int irq, void *dev_id) { struct led_priv *priv = dev_id; // 修改状态并唤醒进程 mutex_lock(&priv->lock); atomic_set(&priv->led_state, !atomic_read(&priv->led_state)); gpiod_set_value(priv->led_gpio, atomic_read(&priv->led_state)); priv->irq_occurred = true; wake_up_interruptible(&priv->waitq); mutex_unlock(&priv->lock); return IRQ_HANDLED; } ``` #### 5. 文件操作函数集 ```c static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *pos) { struct led_priv *priv = filp->private_data; // 阻塞等待中断事件 wait_event_interruptible(priv->waitq, priv->irq_occurred); mutex_lock(&priv->lock); copy_to_user(buf, &priv->led_state, sizeof(int)); priv->irq_occurred = false; mutex_unlock(&priv->lock); return sizeof(int); } static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *pos) { int state; copy_from_user(&state, buf, sizeof(int)); mutex_lock(&priv->lock); gpiod_set_value(priv->led_gpio, state); mutex_unlock(&priv->lock); return count; } static struct file_operations led_fops = { .owner = THIS_MODULE, .read = led_read, .write = led_write, .open = led_open, .release = led_release, }; ``` --- ### **三、关键技术点** 1. **设备树集成** - 通过`.dts`文件定义GPIO中断参数,实现硬件描述与驱动解耦。 2. **中断处理** - 使用`devm_request_irq`注册中断服务,在中断上下文中快速处理状态翻转并唤醒阻塞进程。 3. **同步互斥** - 使用`mutex`保护共享资源(如`led_state`),避免竞态条件。 4. **阻塞机制** - 通过`wait_event_interruptible``wake_up`实现读阻塞,直到按键触发中断。 5. **GPIO控制** - 调用`gpiod_set_value`直接操作GPIO输出电平。 --- ### **四、测试流程** 1. **编译加载驱动** ```bash make && insmod rk3568_led.ko ``` 2. **创建设备节点** ```bash mknod /dev/led c 250 0 ``` 3. **用户空间测试** ```c int fd = open("/dev/led", O_RDWR); read(fd, &state, sizeof(int)); // 阻塞等待按键事件 write(fd, &new_state, sizeof(int)); // 手动控制LED ``` --- ### **五、注意事项** - **中断上下文限制**:避免在中断处理函数中进行耗时操作,必要时使用`tasklet`或工作队列。 - **资源释放**:使用`devm_*`系列API自动管理资源,防止内存泄漏。 - **日志调试**:添加`printk`或动态调试语句跟踪驱动状态。 通过以上设计,可在RK3568上实现一个支持中断响应、线程安全、阻塞读写的完整LED驱动
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