Linux驅(qū)動開發(fā)-內(nèi)核共享工作隊列

【摘要】 在工作隊列里，我們把推后執(zhí)行的任務(wù)叫做工作（work），描述它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為work_struct，這些工作以隊列結(jié)構(gòu)組織成工作隊列（workqueue），其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為workqueue_struct，而工作線程就是負責(zé)執(zhí)行工作隊列中的工作。系統(tǒng)有默認的工作者線程,自己也可以創(chuàng)建自己的工作者線程。

1. 內(nèi)核工作隊列

工作隊列常見的使用形式是配合中斷使用，在中斷的服務(wù)函數(shù)里無法調(diào)用會導(dǎo)致休眠的相關(guān)函數(shù)代碼，有了工作隊列機制以后，可以將需要執(zhí)行的邏輯代碼放在工作隊列里執(zhí)行，只需要在中斷服務(wù)函數(shù)里觸發(fā)即可，工作隊列是允許被重新調(diào)度、睡眠。

在工作隊列里，我們把推后執(zhí)行的任務(wù)叫做工作（work），描述它的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為work_struct，這些工作以隊列結(jié)構(gòu)組織成工作隊列（workqueue），其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為workqueue_struct，而工作線程就是負責(zé)執(zhí)行工作隊列中的工作。系統(tǒng)有默認的工作者線程,自己也可以創(chuàng)建自己的工作者線程。

2. 相關(guān)函數(shù)、結(jié)構(gòu)介紹

2.1 工作結(jié)構(gòu)

定義文件:
Workqueue.h (linux-3.5\include\Linux)

原型:
struct work_struct {
		atomic_long_t data;    
		struct list_head entry;
		work_func_t func;      /* 工作函數(shù)指針 */
	#ifdef CONFIG_LOCKDEP
		struct lockdep_map lockdep_map;
	#endif
	};

在工作結(jié)構(gòu)體里，只需要關(guān)心一個成員函數(shù)：work_func_t func;
這個成員函數(shù)是一個函數(shù)指針，指向工作函數(shù)的指針；內(nèi)核使用這個結(jié)構(gòu)來描述一個工作，一個工作簡單理解就是對應(yīng)于一個函數(shù)，可以通過內(nèi)核調(diào)度函數(shù)來調(diào)用work_struct中func指針?biāo)赶虻暮瘮?shù)。

2.2 工作函數(shù)介紹

定義文件   Workqueue.h (linux-3.5\include\linux)
函數(shù)原型   typedef void (*work_func_t)(struct work_struct *work);
功能	    這是指向工作函數(shù)地址的函數(shù)指針，編寫一個工作的函數(shù)。
參數(shù)	   struct work_struct ＊work，這個參數(shù)，指向struct work_struct結(jié)構(gòu)變量本身。

示例:

struct work_struct work;
INIT_WORK(&work, work_func);
初始化一個work結(jié)構(gòu)，work_func工作函數(shù)的參數(shù)就是指向work結(jié)構(gòu)。

2.3 初始化宏

1）初始化一個work結(jié)構(gòu)：
INIT_WORK(_work, _func)	     
_work: struct work_struct work結(jié)構(gòu)指針。
_func：用來填充work_struct work結(jié)構(gòu)的fun成員，就是工作函數(shù)指針。

2）共享工作隊列調(diào)度宏：
schedule_work(_work)
它也是一個宏，作用是調(diào)度一個工作_work。
_work：要調(diào)度工作的結(jié)構(gòu)指針;
示例：
schedule_work(&work)

2.4 使用共享工作隊列的步驟

1）定義一個工作結(jié)構(gòu)變量
struct work_struct work; 

2）初始化工作結(jié)構(gòu)（重點func成員）。
先編寫一個工作函數(shù)：
void work_func(struct work_struct * dat)
{
   printk(“%p:”,dat);
   ……
}
初始化work：
INIT_WORK(&work, work_func);

3）在適當(dāng)?shù)牡胤秸{(diào)度工作
如果工作用于中斷底部代碼，則在中斷頂部調(diào)度。
	schedule_work(&work);
不是馬上執(zhí)行，而是等待CPU空閑才執(zhí)行work_func。

3. 案例代碼

3.1 共享工作隊列-按鍵驅(qū)動

下面這份代碼是在一個按鍵驅(qū)動代碼，在按鍵中斷服務(wù)函數(shù)里調(diào)度共享隊列，最終在工作函數(shù)里完成按鍵值的檢測打印。工作隊列采用的是共享工作隊列。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 

static struct work_struct work;

static struct m_key_info *key_info_p=NULL;

/*存放按鍵的信息*/
struct m_key_info
{
	int gpio;
	char name[50];
	int val;
	int irq;
};

struct m_key_info key_info[]=
{
	{EXYNOS4_GPX3(2),"key_irq_1",0x01},
	{EXYNOS4_GPX3(3),"key_irq_2",0x02},
	{EXYNOS4_GPX3(4),"key_irq_3",0x03},
	{EXYNOS4_GPX3(5),"key_irq_4",0x04},
};
/*
工作函數(shù)
*/
static void key_work_func(struct work_struct *work)
{
	msleep(50);
	//udelay(n);
	//mdelay(n);
	//msleep(unsigned int msecs);
	
	if(gpio_get_value(key_info_p->gpio)==0) //判斷按鍵是否按下
	{
		printk("按鍵值:%#x\n",key_info_p->val);
	}
	else
	{
		printk("按鍵值:%#x\n",key_info_p->val|0x80);
	}
}
/*
中斷服務(wù)函數(shù)
*/
static irqreturn_t key_irq_handler(int irq, void *dev)
{
    key_info_p=(struct m_key_info*)dev;

	/*調(diào)度工作----工作結(jié)構(gòu)體添加到系統(tǒng)共享工作隊列里*/
	schedule_work(&work);
	
	return IRQ_HANDLED;
}

static int __init tiny4412_interrupt_drv_init(void)
{
    /*初始化工作*/
	INIT_WORK(&work,key_work_func);
	
	int i;
	for(i=0;i
	3.2 自定義工作隊列-按鍵驅(qū)動

	工作隊列除了可以使用內(nèi)核共享隊列以外，也可以自己創(chuàng)建隊列，下面這份代碼就演示如何自己創(chuàng)建隊列，并完成初始化、調(diào)用。代碼原型還是一份按鍵驅(qū)動代碼，與上面代碼相比，加了字符設(shè)備節(jié)點注冊，替換系統(tǒng)共享工作隊列為自定義的工作隊列。
#include 
#include 
#include  /*雜項設(shè)備相關(guān)結(jié)構(gòu)體*/
#include          /*文件操作集合頭文件*/
#include     /*使用copy_to_user和copy_from_user*/
#include          /*使用IO端口映射*/
#include        
#include      /*設(shè)備*/
#include        /*標(biāo)準字符設(shè)備--分配設(shè)備號*/
#include       /*ioctl操作*/
#include   /*注冊中斷相關(guān)*/
#include  		  /*中斷邊沿類型定義*/
#include  	  /*中斷IO口定義*/
#include       /*內(nèi)核定時器相關(guān)*/
#include        /*等待隊列相關(guān)*/
#include       /*等待隊列相關(guān)*/
#include        /*POLL機制相關(guān)*/
#include  /*自旋鎖相關(guān)*/
#include        /*自旋鎖相關(guān)*/
#include           /*原子操作相關(guān)*/
#include          /*原子操作相關(guān)*/
#include           /*延時函數(shù)*/
#include 
#include          /*信號相關(guān)頭文件*/
#include       /*工作隊列相關(guān)*/

/*----------------------------------------------------
	創(chuàng)建自己的工作隊列creator_workqueue測試
-----------------------------------------------------*/

/*定義ioctl的命令*/
#define Cmd_LEDON  _IO('L',1)   //無方向    --開燈
#define Cmd_LEDOFF  _IO('L',0)   //無方向  ---關(guān)燈

/*定義設(shè)備號注冊相關(guān)*/
static dev_t keydev;            //存放設(shè)備號
static struct cdev *keyCdev;    //定義cdev結(jié)構(gòu)體指針
static struct class *cls;       //定義類結(jié)構(gòu)體指針

/*定義按鍵中斷相關(guān)*/
static unsigned int irq_buff[4]; /*存放中斷編號*/
static int key_value=0;          /*存放按鍵按下的鍵值*/

/*定時器相關(guān)*/
struct timer_list my_timer;

/*全局標(biāo)志*/
static int poll_flag=0;

struct mutex ; /*  互斥鎖  */

/*等待隊列相關(guān)*/
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(wait);/*初始化等待隊列頭*/
static int condition=0;            /*喚醒隊列的條件-為假休眠-為真喚醒*/

/*異步通知助手相關(guān)*/
static struct fasync_struct *myfasync; 

/*信號量*/
static DEFINE_SEMAPHORE(name_sem);

/*內(nèi)核工作隊列相關(guān)結(jié)構(gòu)體*/
static struct work_struct my_work;

/*延時工作隊列相關(guān)結(jié)構(gòu)體*/
static struct delayed_work my_delay_work;

/*創(chuàng)建自己的工作隊列相關(guān)*/
struct workqueue_struct *my_work_queue;

struct Buttons_data
{
   char key_name[10]; /*按鍵的名字*/
   char key;           /*按鍵值*/
   int  GPIO;          /*GPIO口編號*/
};
/*工作隊列的處理函數(shù)*/
static void my_work_func(struct work_struct *work)
{
	static int count=0;
	printk("\n\n用戶創(chuàng)建的系統(tǒng)共享工作隊列調(diào)度成功%d 次\n\n",count++);
}

/*結(jié)構(gòu)體整體賦值*/
static struct Buttons_data Key_interrupt[4]=
{
	{"key1",0x01,EXYNOS4_GPX3(2)},
	{"key2",0x02,EXYNOS4_GPX3(3)},
	{"key3",0x03,EXYNOS4_GPX3(4)},
	{"key4",0x04,EXYNOS4_GPX3(5)},
};
/*按鍵中斷服務(wù)函數(shù)*/
static irqreturn_t irq_handler_function(int irq,void * dat)
{
   struct Buttons_data *p =(struct Buttons_data *)dat; /*強制轉(zhuǎn)換*/
   
   if(!gpio_get_value(p->GPIO))
   {
		key_value=p->key;            /*獲取按下按鍵值*/
   }
   else
   {
		key_value=p->key|0x80;      /*獲取松開按鍵值*/
   }
   mod_timer(&my_timer,jiffies+1); /*修改超時時間*/
   return IRQ_HANDLED;
}
/*定時器中斷服務(wù)函數(shù)*/
static void timer_function(unsigned long data)
{
	printk("按鍵值讀取成功!!0x%x--->!\n",key_value);
    /*添加延時工作到系統(tǒng)工作隊列中等待執(zhí)行*/
   // schedule_delayed_work(&my_delay_work,HZ*5);
	//queue_work(my_work_queue,&my_work); /*調(diào)度共享工作隊列*/
	queue_delayed_work_on(-1,my_work_queue,&my_delay_work,HZ*5);
}

static int key_open(struct inode *my_inode, struct file *my_file)
{
    unsigned char i;
	for(i=0;i<4;i++)
	{
		//獲取中斷編號
	   irq_buff[i]=gpio_to_irq(EXYNOS4_GPX3(2+i));
	   request_irq(irq_buff[i],irq_handler_function,IRQ_TYPE_EDGE_BOTH,Key_interrupt[i].key_name,&Key_interrupt[i]);
	}

	/*定時器相關(guān)*/
	my_timer.expires=0;/*1秒鐘*/
    my_timer.function=timer_function;/*定時器中斷處理函數(shù)*/
    my_timer.data=888; /*傳遞給定時器中斷服務(wù)函數(shù)的參數(shù)-用于共享定時器*/
    init_timer(&my_timer);        /*初始化定時器*/
	add_timer(&my_timer);	       /*啟動定時器*/
	
	printk("open ok !\n");
	return 0;
}

static ssize_t key_read(struct file *my_file, char __user *buf, size_t my_conut, loff_t * my_loff)
{
    int error=0;
	error=copy_to_user(buf,&key_value,my_conut); /*向應(yīng)用層拷貝按鍵值*/
	key_value=0;

	if(!error)
	{
		return 0;         /*沒有讀取成功*/
	}
	else
	{
		return my_conut; /*返回成功讀取的字節(jié)數(shù)*/
	}
}

static  ssize_t key_write(struct file *my_file, const char __user *buf, size_t my_conut, loff_t *my_loff)
{
    int error;
	printk("write ok !\n");
	return 1;
}
 
static long key_unlocked_ioctl(struct file *my_file, unsigned int cmd, unsigned long argv)
{
   int dat;
  /*只有傳遞地址的時候才需要轉(zhuǎn)換-----*/
	void __user *argv1=(void __user*)argv;          //強制轉(zhuǎn)換地址
     printk("argv1=%ld\n",*(unsigned long*)argv1);	//取出數(shù)據(jù)

	 argv=(unsigned long*)argv;  /*轉(zhuǎn)為指針形式*/
    
    switch(cmd)
	{
		case Cmd_LEDON:
			dat=100;
			copy_to_user(argv,&dat,4);
			printk("LEDON_----->OK\n");
			break;
	
		case Cmd_LEDOFF:
			dat=200;
			copy_to_user(argv,&dat,4);
			printk("LEDOFF_----->OK\n");
			break;
	}
	return 0;
}

/*poll--*/
unsigned int my_poll(struct file *my_file, struct poll_table_struct * p)
{ 
    /*喚醒休眠的進程*/  
	poll_wait(my_file,&wait,p);/*添加等待隊列--不是立即休眠*/
	printk("<1>""8888\n");
	 if(condition==1)
	 {
	    printk("drive----poll ----ok!\n");
	    condition=0;   /*清除標(biāo)志*/
		return POLLIN;  /*返回事件*/  
	 }
	return 0;  /*返回事件*/  
}

/*異步通知助手*/
int key_fasync(int fd, struct file *my_file,int on)  //異步通知
{
	int error;
	printk("驅(qū)動層收到的文件描述符:%d\n",fd);
	error=fasync_helper(fd,my_file,on,&myfasync);
	printk("驅(qū)動層異步通知結(jié)構(gòu)體文件描述符:%d\n",myfasync->fa_fd);
	return error;
}

static int  key_release(struct inode *my_inode, struct file *my_file)
{
   int i;
	//釋放中斷
    for(i=0;i<4;i++)
   	{
   		free_irq(irq_buff[i],&Key_interrupt[i]); 
	}
	return 0;
}

/*定義一個文件操作集合結(jié)構(gòu)體*/
static struct file_operations ops_key={
   .owner = THIS_MODULE,
   .read=key_read,       /*讀函數(shù)-被應(yīng)用層read函數(shù)調(diào)用*/
   .write=key_write,     /*寫函數(shù)-被應(yīng)用層write函數(shù)調(diào)用*/
   .open=key_open,       /*打開函數(shù)-被應(yīng)用層open函數(shù)調(diào)用*/
   .release=key_release, /*釋放函數(shù)*/
   .unlocked_ioctl=key_unlocked_ioctl,  /*ioctl操作*/
   .poll=my_poll,         /*poll機制*/
   .fasync=key_fasync,    /*異步通知助手*/
};

static int __init key_init1(void)
{
  /*動態(tài)分配一個設(shè)備號*/
   alloc_chrdev_region(&keydev,0,1,"mykey"); //我們可以讀取/proc/devices文件以獲得Linux內(nèi)核分配給設(shè)備的主設(shè)備號和設(shè)備名字
  /*動態(tài)分配cdev結(jié)構(gòu)體,返個cdev結(jié)構(gòu);如果執(zhí)行失敗,將返回NULL。*/
   keyCdev = cdev_alloc();
  /*初始化Cdev結(jié)構(gòu)體*/
   cdev_init(keyCdev,&ops_key);
  /*注冊Cdev結(jié)構(gòu)體*/
   cdev_add(keyCdev,keydev,1);
  /*創(chuàng)建類*/
   cls=class_create(THIS_MODULE,"my_key");
   /*在類下面創(chuàng)建設(shè)備*/
    device_create(cls,NULL,keydev,NULL,"my_delaywork");//  /dev/

   /*創(chuàng)建自己的工作隊列*/
	my_work_queue =create_workqueue("my_workqueue");
	/*初始化延時工作隊列*/
	 INIT_DELAYED_WORK(&my_delay_work,my_work_func);

    /*初始化無延時的工作隊列*/
	// INIT_WORK(&my_work,my_work_func);
	
	 printk("<1>""key drive init OK!!-->__FILE__=%s  __LINE__=%d\n",__FILE__,__LINE__);
	return 0;
}

//KERN_EMERG
static void __exit key_exit(void)
{
	device_destroy(cls,keydev); 		   //注銷設(shè)備節(jié)點	
	class_destroy(cls);				   //注銷分配的類	
	cdev_del(keyCdev);					   //注銷CDEV結(jié)構(gòu)體	
	unregister_chrdev_region(keydev,1); //注銷設(shè)備
	kfree(keyCdev);                      //釋放結(jié)構(gòu)體
    printk("<1>""key drive exit OK!! -->__FILE__=%s  __LINE__=%d\n",__FILE__,__LINE__);
}
//EXPORT_SYMBOL(key_init);
module_init(key_init1);  /*驅(qū)動入口*/
module_exit(key_exit);  /*驅(qū)動出口*/
MODULE_LICENSE("GPL");
(key_info)>(key_info)/sizeof(key_info[0]);i++)>