【正点原子FPGA连载】第三十二章Linux内核定时器实验-领航者ZYNQ之linux开发指南

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定时器是我们最常用到的功能，一般用来完成定时功能，本章我们就来学习一下Linux内核提供的定时器API函数，通过这些定时器API函数我们可以完成很多要求定时的应用。Linux内核也提供了短延时函数，比如微秒、纳秒、毫秒延时函数，本章我们就来学习一下这些和时间有关的功能。
32.1Linux时间管理和内核定时器简介
32.1.1内核时间管理简介
学习过UCOS或FreeRTOS的同学应该知道，UCOS或FreeRTOS是需要一个硬件定时器提供系统时钟，一般使用Systick作为系统时钟源。同理，Linux要运行，也是需要一个系统时钟的，至于这个系统时钟是由哪个定时器提供的，笔者没有去研究过Linux内核，但是在Cortex-A7内核中有个通用定时器，在《Cortex-A7 Technical ReferenceManua.pdf》的“9:Generic Timer”章节有简单的讲解，关于这个通用定时器的详细内容，可以参考《ARM ArchitectureReference Manual ARMv7-A and ARMv7-R edition.pdf》的“chapter B8 The Generic Timer”章节。这个通用定时器是可选的，按照笔者学习FreeRTOS和STM32的经验，猜测Linux会将这个通用定时器作为Linux系统时钟源(前提是SOC得选配这个通用定时器)。具体是怎么做的笔者没有深入研究过，这里仅仅是猜测！不过对于我们Linux驱动编写者来说，不需要深入研究这些具体的实现，只需要掌握相应的API函数即可，除非你是内核编写者或者内核爱好者。
Linux内核中有大量的函数需要时间管理，比如周期性的调度程序、延时程序、对于我们驱动编写者来说最常用的定时器。硬件定时器提供时钟源，时钟源的频率可以设置， 设置好以后就周期性的产生定时中断，系统使用定时中断来计时。中断周期性产生的频率就是系统频率，也叫做节拍率(tick rate)(有的资料也叫系统频率)，比如1000Hz，100Hz等等说的就是系统节拍率。系统节拍率是可以设置的，单位是Hz，我们在编译Linux内核的时候可以通过图形化界面设置系统节拍率，在内核源码目录下执行下面这条命令进入到menuconfig配置界面：
make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- menuconfig
按照如下路径打开配置界面：

• -> Kernel Features
• -> Timer frequency ( [=y])
  

选中“Timer frequency”，打开以后如图 43.1.1所示：

图 43.1.1 系统节拍率设置

从图 43.1.1可以看出，可选的系统节拍率为100Hz、200Hz、250Hz、300Hz、500Hz和1000Hz，默认情况下选择100Hz。设置好以后打开Linux内核源码根目录下的.config文件，在此文件中有如所示定义：

图 43.1.2 系统节拍率

图 43.1.2中的CONFIG_HZ为100，Linux内核会使用CONFIG_HZ来设置自己的系统时钟。打开文件include/asm-generic/param.h，有如下内容：
示例代码32.1.1.1 include/asm-generic/param.h文件代码段

• 6 # undef HZ
• 7 # define HZ CONFIG_HZ
• 8 # define USER_HZ 100
• 9 # define CLOCKS_PER_SEC (USER_HZ)
  第7行定义了一个宏HZ，宏HZ就是CONFIG_HZ，因此HZ=100，我们后面编写Linux驱动的时候会常常用到HZ，因为HZ表示一秒的节拍数，也就是频率。
  大多数初学者看到系统节拍率默认为100Hz的时候都会有疑问，怎么这么小？100Hz是可选的节拍率里面最小的。为什么不选择大一点的呢？这里就引出了一个问题：高节拍率和低节拍率的优缺点：
  ①、高节拍率会提高系统时间精度，如果采用100Hz的节拍率，时间精度就是10ms，采用1000Hz的话时间精度就是1ms，精度提高了10倍。高精度时钟的好处有很多，对于那些对时间要求严格的函数来说，能够以更高的精度运行，时间测量也更加准确。
  ②、高节拍率会导致中断的产生更加频繁，频繁的中断会加剧系统的负担，1000Hz和100Hz的系统节拍率相比，系统要花费10倍的“精力”去处理中断。中断服务函数占用处理器的时间增加，但是现在的处理器性能都很强大，所以采用1000Hz的系统节拍率并不会增加太大的负载压力。根据自己的实际情况，选择合适的系统节拍率，本教程我们全部采用默认的100Hz系统节拍率。
  Linux内核使用全局变量jiffies来记录系统从启动以来的系统节拍数，系统启动的时候会将jiffies初始化为0，jiffies定义在文件include/linux/jiffies.h中，定义如下：
  示例代码32.1.1.2 include/jiffies.h文件代码段
  

• 76 extern u64 __jiffy_data jiffies_64;
• 77 extern unsigned long volatile __jiffy_data jiffies;
  

第76行，定义了一个64位的jiffies_64。
第77行，定义了一个unsigned long类型的32位的jiffies。
jiffies_64和jiffies其实是同一个东西，jiffies_64用于64位系统，而jiffies用于32位系统。为了兼容不同的硬件，jiffies其实就是jiffies_64的低32位，jiffies_64和jiffies的结构如图 43.1.3所示：

图 43.1.3 jiffies_64和jiffies结构图

当我们访问jiffies的时候其实访问的是jiffies_64的低32位，使用get_jiffies_64这个函数可以获取jiffies_64的值。在32位的系统上读取jiffies的值，在64位的系统上jiffes和jiffies_64表示同一个变量，因此也可以直接读取jiffies的值。所以不管是32位的系统还是64位系统，都可以使用jiffies。
前面说了HZ表示每秒的节拍数，jiffies表示系统运行的jiffies节拍数，所以jiffies/HZ就是系统运行时间，单位为秒。不管是32位还是64位的jiffies，都有溢出的风险，溢出以后会重新从0开始计数，相当于绕回来了，因此有些资料也将这个现象也叫做绕回。假如HZ为最大值1000的时候，32位的jiffies只需要49.7天就发生了绕回，对于64为的jiffies来说大概需要5.8亿年才能绕回，因此jiffies_64的绕回忽略不计。处理32位jiffies的绕回显得尤为重要，Linux内核提供了如表 43.1.1.1所示的几个API函数来处理绕回。

表 43.1.1.1 处理绕回的API函数

如果unkown超过known的话，time_after函数返回真，否则返回假。如果unkown没有超过known的话time_before函数返回真，否则返回假。time_after_eq函数和time_after函数类似，只是多了判断等于这个条件。同理，time_before_eq函数和time_before函数也类似。比如我们要判断某段代码执行时间有没有超时，此时就可以使用如下所示代码：
示例代码32.1.1.3 使用jiffies判断超时

• 1 unsigned long timeout;
• 2 timeout = jiffies + (2 * HZ); /* 超时的时间点 */
• 3
• 4 /*************************************
• 5 具体的代码
• 6 ************************************/
• 7
• 8 /* 判断有没有超时 */
• 9 if(time_before(jiffies, timeout)) {
• 10 /* 超时未发生 */
• 11 } else {
• 12 /* 超时发生 */
• 13 }
  

timeout就是超时时间点，比如我们要判断代码执行时间是不是超过了2秒，那么超时时间点就是jiffies+(2*HZ)，如果jiffies大于timeout那就表示超时了，否则就是没有超时。第4~6行就是具体的代码段。第9行通过函数time_before来判断jiffies是否小于timeout，如果小于的话就表示没有超时。
为了方便开发，Linux内核提供了几个jiffies和ms、us、ns之间的转换函数，如表 43.1.1.2所示：

表 43.1.1.2 jiffies和ms、us、ns之间的转换函数

32.1.2内核定时器简介
定时器是一个很常用的功能，需要周期性处理的工作都要用到定时器。Linux内核定时器采用系统时钟来实现，用软件的方式来实现，并不是SoC提供硬件定时器。Linux内核定时器使用很简单，只需要提供超时时间(相当于定时值)和定时处理函数即可，当超时时间到了以后设置的定时处理函数就会执行，和我们使用硬件定时器的套路一样，只是使用内核定时器不需要做一大堆的寄存器初始化工作。在使用内核定时器的时候要注意一点，内核定时器并不是周期性运行的，超时以后就会自动关闭，因此如果想要实现周期性定时，那么就需要在定时处理函数中重新开启定时器。Linux内核使用timer_list结构体表示内核定时器，timer_list定义在文件include/linux/timer.h中，定义如下(省略掉条件编译)：
示例代码32.1.2.1 timer_list结构体

• struct timer_list {
• struct list_head entry;
• unsigned long expires; /* 定时器超时时间，单位是节拍数 */
• struct tvec_base *base;
• void (*function)(unsigned long); /* 定时处理函数 */
• unsigned long data; /* 要传递给function函数的参数 */
• int slack;
• };
  

要使用内核定时器首先要先定义一个timer_list变量，表示定时器，tiemr_list结构体的expires成员变量表示超时时间，单位为节拍数。比如我们现在需要定义一个周期为2秒的定时器，那么这个定时器的超时时间就是jiffies+(2*HZ)，因此expires=jiffies+(2*HZ)。function就是定时器超时以后的定时处理函数，我们要做的工作就放到这个函数里面，需要我们编写这个定时处理函数。
定义好定时器以后还需要通过一系列的API函数来初始化此定时器，这些函数如下：
1、init_timer函数
init_timer函数负责初始化timer_list类型变量，当我们定义了一个timer_list变量以后一定要先用init_timer初始化一下。init_timer函数原型如下：
void init_timer(struct timer_list *timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer：要初始化定时器。
返回值：没有返回值。
2、add_timer函数
add_timer函数用于向Linux内核注册定时器，使用add_timer函数向内核注册定时器以后，定时器就会开始运行，函数原型如下：
void add_timer(struct timer_list *timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer：要注册的定时器。
返回值：没有返回值。
3、del_timer函数
del_timer函数用于删除一个定时器，不管定时器有没有被激活，都可以使用此函数删除。在多处理器系统上，定时器可能会在其他的处理器上运行，因此在调用del_timer函数删除定时器之前要先等待其他处理器的定时处理器函数退出。del_timer函数原型如下：
int del_timer(struct timer_list * timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer：要删除的定时器。
返回值：0，定时器还没被激活；1，定时器已经激活。
4、del_timer_sync函数
del_timer_sync函数是del_timer函数的同步版，会等待其他处理器使用完定时器再删除，del_timer_sync不能使用在中断上下文中。del_timer_sync函数原型如下所示：
int del_timer_sync(struct timer_list *timer)
函数参数和返回值含义如下：
timer：要删除的定时器。
返回值：0，定时器还没被激活；1，定时器已经激活。
5、mod_timer函数
mod_timer函数用于修改定时值，如果定时器还没有激活的话，mod_timer函数会激活定时器！函数原型如下：
int mod_timer(struct timer_list *timer, unsigned long expires)
函数参数和返回值含义如下：
timer：要修改超时时间(定时值)的定时器。
expires：修改后的超时时间。
返回值：0，调用mod_timer函数前定时器未被激活；1，调用mod_timer函数前定时器已被激活。
关于内核定时器常用的API函数就讲这些，内核定时器一般的使用流程如下所示：
示例代码32.1.2.2 内核定时器使用方法演示

• 1 struct timer_list timer; /* 定义定时器 */
• 2
• 3 /* 定时器回调函数 */
• 4 void function(unsigned long arg)
• 5 {
• 6 /*
• 7 * 定时器处理代码
• 8 */
• 9
• 10 /* 如果需要定时器周期性运行的话就使用mod_timer
• 11 * 函数重新设置超时值并且启动定时器。
• 12 */
• 13 mod_timer(&dev->timertest, jiffies + msecs_to_jiffies(2000));
• 14 }
• 15
• 16 /* 初始化函数 */
• 17 void init(void)
• 18 {
• 19 init_timer(&timer); /* 初始化定时器 */
• 20
• 21 timer.function = function; /* 设置定时处理函数 */
• 22 timer.expires=jffies + msecs_to_jiffies(2000);/* 超时时间2秒 */
• 23 timer.data = (unsigned long)&dev; /* 将设备结构体作为参数 */
• 24
• 25 add_timer(&timer); /* 启动定时器 */
• 26 }
• 27
• 28 /* 退出函数 */
• 29 void exit(void)
• 30 {
• 31 del_timer(&timer); /* 删除定时器 */
• 32 /* 或者使用 */
• 33 del_timer_sync(&timer);
• 34 }
  

32.1.3Linux内核短延时函数
有时候我们需要在内核中实现短延时，尤其是在Linux驱动中。Linux内核提供了毫秒、微秒和纳秒延时函数，这三个函数如表 43.1.3.1所示：


表 43.1.3.1 内核短延时函数

32.2硬件原理图分析
本章使用通过设置一个定时器来实现周期性的闪烁LED灯，还是使用PS_LED0为例，关于PS_LED0的硬件原理图参考33.3小节即可。
32.3实验程序编写
本实验对应的例程路径为：ZYNQ开发板光盘资料(A盘)4_SourceCodeZYNQ_70103_Embedded_LinuxLinux驱动例程12_timer。
本章实验我们使用内核定时器周期性的点亮和熄灭开发板上的PS_LED0，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。
32.3.1修改设备树文件
本章实验使用到了LED灯，LED灯的设备树节点信息使用38.3.1小节创建的即可。
32.3.2定时器驱动程序编写
在drivers目录下新建名为“12_timer”的文件夹，在12_timer目录下创建一个名为timer.c的源文件，在timer.c里面输入如下内容：
示例代码32.3.2.1 timer.c文件代码段

• 1 /***************************************************************
• 2 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
• 3 文件名 : timer.c
• 4 作者 : 邓涛
• 5 版本 : V1.0
• 6 描述 : linux内核定时器测试
• 7 其他 : 无
• 8 论坛 : www.openedv.com
• 9 日志 : 初版V1.0 2019/1/30 邓涛创建
• 10 ***************************************************************/
• 11
• 12 #include
• 13 #include
• 14 #include
• 15 #include
• 16 #include
• 17 #include
• 18 #include
• 19 #include
• 20 #include
• 21 #include
• 22
• 23 #define LED_CNT 1 /* 设备号个数 */
• 24 #define LED_NAME "led" /* 名字 */
• 25
• 26 /* ioctl函数命令定义 */
• 27 #define CMD_LED_CLOSE (_IO(0XEF, 0x1)) /* 关闭LED */
• 28 #define CMD_LED_OPEN (_IO(0XEF, 0x2)) /* 打开LED */
• 29 #define CMD_SET_PERIOD (_IO(0XEF, 0x3)) /* 设置LED闪烁频率 */
• 30
• 31
• 32 /* led设备结构体 */
• 33 struct led_dev {
• 34 dev_t devid; /* 设备号 */
• 35 struct cdev cdev; /* cdev */
• 36 struct class *class; /* 类 */
• 37 struct device *device; /* 设备 */
• 38 int major; /* 主设备号 */
• 39 int minor; /* 次设备号 */
• 40 struct device_node *nd; /* 设备节点 */
• 41 int led_gpio; /* GPIO编号 */
• 42 int period; /* 定时周期,单位为ms */
• 43 struct timer_list timer; /* 定义一个定时器 */
• 44 spinlock_t spinlock; /* 定义自旋锁 */
• 45 };
• 46
• 47 static struct led_dev led; /* led设备 */
• 48
• 49 /*
• 50 * @description : 打开设备
• 51 * @param – inode : 传递给驱动的inode
• 52 * @param – filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
• 53 * 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
• 54 * @Return : 0 成功;其他 失败
• 55 */
• 56 static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp)
• 57 {
• 58 return 0;
• 59 }
• 60
• 61 /*
• 62 * @description : 从设备读取数据
• 63 * @param – filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
• 64 * @param – buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
• 65 * @param – cnt : 要读取的数据长度
• 66 * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
• 67 * @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
• 68 */
• 69 static ssize_t led_read(struct file *filp, char __user *buf,
• 70 size_t cnt, loff_t *offt)
• 71 {
• 72 return 0;
• 73 }
• 74
• 75 /*
• 76 * @description : 向设备写数据
• 77 * @param – filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
• 78 * @param – buf : 要写给设备写入的数据
• 79 * @param – cnt : 要写入的数据长度
• 80 * @param – offt : 相对于文件首地址的偏移
• 81 * @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
• 82 */
• 83 static ssize_t led_write(struct file *filp, const char __user *buf,
• 84 size_t cnt, loff_t *offt)
• 85 {
• 86 return 0;
• 87 }
• 88
• 89 /*
• 90 * @description : 关闭/释放设备
• 91 * @param – filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
• 92 * @return : 0 成功;其他 失败
• 93 */
• 94 static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp)
• 95 {
• 96 return 0;
• 97 }
• 98
• 99 /*
• 100 * @description : ioctl函数，
• 101 * @param – filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
• 102 * @param – cmd : 应用程序发送过来的命令
• 103 * @param – arg : 参数
• 104 * @return : 0 成功;其他 失败
• 105 */
• 106 static long led_unlocked_ioctl(struct file *filp, unsigned int cmd,
• 107 unsigned long arg)
• 108 {
• 109 unsigned long flags;
• 110
• 111 /* 自旋锁上锁 */
• 112 spin_lock_irqsave(&led.spinlock, flags);
• 113
• 114 switch (cmd) {
• 115
• 116 case CMD_LED_CLOSE:
• 117 del_timer_sync(&led.timer);
• 118 gpio_set_value(led.led_gpio, 0);
• 119 break;
• 120
• 121 case CMD_LED_OPEN:
• 122 del_timer_sync(&led.timer);
• 123 gpio_set_value(led.led_gpio, 1);
• 124 break;
• 125
• 126 case CMD_SET_PERIOD:
• 127 led.period = arg;
• 128 mod_timer(&led.timer, jiffies + msecs_to_jiffies(arg));
• 129 break;
• 130
• 131 default: break;
• 132 }
• 133
• 134 /* 自旋锁解锁 */
• 135 spin_unlock_irqrestore(&led.spinlock, flags);
• 136
• 137 return 0;
• 138 }
• 139
• 140 /* 设备操作函数 */
• 141 static struct file_operations led_fops = {
• 142 .owner = THIS_MODULE,
• 143 .open = led_open,
• 144 .read = led_read,
• 145 .write = led_write,
• 146 .release = led_release,
• 147 .unlocked_ioctl = led_unlocked_ioctl,
• 148 };
• 149
• 150 /* 定时器回调函数 */
• 151 static void led_timer_function(unsigned long arg)
• 152 {
• 153 static bool on = 1;
• 154 unsigned long flags;
• 155
• 156 /* 每次都取反，实现LED灯反转 */
• 157 on = !on;
• 158
• 159 /* 自旋锁上锁 */
• 160 spin_lock_irqsave(&led.spinlock, flags);
• 161
• 162 /* 设置GPIO电平状态 */
• 163 gpio_set_value(led.led_gpio, on);
• 164
• 165 /* 重启定时器 */
• 166 mod_timer(&led.timer, jiffies + msecs_to_jiffies(led.period));
• 167
• 168 /* 自旋锁解锁 */
• 169 spin_unlock_irqrestore(&led.spinlock, flags);
• 170 }
• 171
• 172 static int __init led_init(void)
• 173 {
• 174 const char *str;
• 175 int val;
• 176 int ret;
• 177
• 178 /* 初始化自旋锁 */
• 179 spin_lock_init(&led.spinlock);
• 180
• 181 /* 1.获取led设备节点 */
• 182 led.nd = of_find_node_by_path("/led");
• 183 if(NULL == led.nd) {
• 184 printk(KERN_ERR "led: Failed to get led noden");
• 185 return -EINVAL;
• 186 }
• 187
• 188 /* 2.读取status属性 */
• 189 ret = of_property_read_string(led.nd, "status", &str);
• 190 if(!ret) {
• 191 if (strcmp(str, "okay"))
• 192 return -EINVAL;
• 193 }
• 194
• 195 /* 3.获取compatible属性值并进行匹配 */
• 196 ret = of_property_read_string(led.nd, "compatible", &str);
• 197 if(ret) {
• 198 printk(KERN_ERR "led: Failed to get compatible propertyn");
• 199 return ret;
• 200 }
• 201
• 202 if (strcmp(str, "alientek,led")) {
• 203 printk(KERN_ERR "led: Compatible match failedn");
• 204 return -EINVAL;
• 205 }
• 206
• 207 printk(KERN_INFO "led: device matching successful!rn");
• 208
• 209 /* 4.获取设备树中的led-gpio属性，得到LED所使用的GPIO编号 */
• 210 led.led_gpio = of_get_named_gpio(led.nd, "led-gpio", 0);
• 211 if(!gpio_is_valid(led.led_gpio)) {
• 212 printk(KERN_ERR "led: Failed to get led-gpion");
• 213 return -EINVAL;
• 214 }
• 215
• 216 printk(KERN_INFO "led: led-gpio num = %drn", led.led_gpio);
• 217
• 218 /* 5.向gpio子系统申请使用GPIO */
• 219 ret = gpio_request(led.led_gpio, "LED Gpio");
• 220 if (ret) {
• 221 printk(KERN_ERR "led: Failed to request led-gpion");
• 222 return ret;
• 223 }
• 224
• 225 /* 6.设置LED灯初始状态 */
• 226 ret = of_property_read_string(led.nd, "default-state", &str);
• 227 if(!ret) {
• 228 if (!strcmp(str, "on"))
• 229 val = 1;
• 230 else
• 231 val = 0;
• 232 } else
• 233 val = 0;
• 234
• 235 gpio_direction_output(led.led_gpio, val);
• 236
• 237 /* 7.注册字符设备驱动 */
• 238 /* 创建设备号 */
• 239 if (led.major) {
• 240 led.devid = MKDEV(led.major, 0);
• 241 ret = register_chrdev_region(led.devid, LED_CNT, LED_NAME);
• 242 if (ret)
• 243 goto out1;
• 244 } else {
• 245 ret = alloc_chrdev_region(&led.devid, 0, LED_CNT, LED_NAME);
• 246 if (ret)
• 247 goto out1;
• 248
• 249 led.major = MAJOR(led.devid);
• 250 led.minor = MINOR(led.devid);
• 251 }
• 252
• 253 printk(KERN_INFO "led: major=%d, minor=%drn", led.major, led.minor);
• 254
• 255 /* 初始化cdev */
• 256 led.cdev.owner = THIS_MODULE;
• 257 cdev_init(&led.cdev, &led_fops);
• 258
• 259 /* 添加cdev */
• 260 ret = cdev_add(&led.cdev, led.devid, LED_CNT);
• 261 if (ret)
• 262 goto out2;
• 263
• 264 /* 创建类 */
• 265 led.class = class_create(THIS_MODULE, LED_NAME);
• 266 if (IS_ERR(led.class)) {
• 267 ret = PTR_ERR(led.class);
• 268 goto out3;
• 269 }
• 270
• 271 /* 创建设备 */
• 272 led.device = device_create(led.class, NULL,
• 273 led.devid, NULL, LED_NAME);
• 274 if (IS_ERR(led.device)) {
• 275 ret = PTR_ERR(led.device);
• 276 goto out4;
• 277 }
• 278
• 279 /* 8.初始化timer，绑定定时器处理函数，此时还未设置周期，所以不会激活定时器 */
• 280 init_timer(&led.timer);
• 281 led.timer.function = led_timer_function;
• 282
• 283 return 0;
• 284
• 285 out4:
• 286 class_destroy(led.class);
• 287
• 288 out3:
• 289 cdev_del(&led.cdev);
• 290
• 291 out2:
• 292 unregister_chrdev_region(led.devid, LED_CNT);
• 293
• 294 out1:
• 295 gpio_free(led.led_gpio);
• 296
• 297 return ret;
• 298 }
• 299
• 300 static void __exit led_exit(void)
• 301 {
• 302 /* 删除定时器 */
• 303 del_timer_sync(&led.timer);
• 304
• 305 /* 注销设备 */
• 306 device_destroy(led.class, led.devid);
• 307
• 308 /* 注销类 */
• 309 class_destroy(led.class);
• 310
• 311 /* 删除cdev */
• 312 cdev_del(&led.cdev);
• 313
• 314 /* 注销设备号 */
• 315 unregister_chrdev_region(led.devid, LED_CNT);
• 316
• 317 /* 释放GPIO */
• 318 gpio_free(led.led_gpio);
• 319 }
• 320
• 321 /* 驱动模块入口和出口函数注册 */
• 322 module_init(led_init);
• 323 module_exit(led_exit);
• 324
• 325 MODULE_AUTHOR("DengTao <773904075@qq.com>");
• 326 MODULE_DESCRIPTION("Alientek Gpio LED Driver");
• 327 MODULE_LICENSE("GPL");
  

第33~45行，led设备结构体，在43行定义了一个定时器成员变量timer；在44行定义了一个自旋锁变量，用于对必要的代码段进行保护。
第106~138行，函数led_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。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，在本章例程中arg参数表示定时周期。
本驱动成需一共定义了三种命令：CMD_LED_CLOSE、CMD_LED_OPEN和CMD_SET_PERIOD，这三个命令分别为熄灭LED灯、点亮LED灯（常亮）、LED灯闪烁。这三个命令的作用如下：
CMD_LED_CLOSE：熄灭LED灯，首先调用del_timer_sync函数关闭定时器，然后再将LED熄灭。
CMD_LED_OPEN：LED灯常亮，首先也是调用del_timer_sync函数关闭定时器，然后再将LED点亮。
CMD_SET_PERIOD：让LED灯闪烁，参数arg就是闪烁周期，单位为毫秒（ms）；从应用层传递过来的，将led的period成员变量设置为arg所表示定时周期，然后使用mod_timer打开定时器，使定时器以新的周期运行。
在led_unlocked_ioctl函数中使用了自旋锁对代码段进行保护。
第141~148行，led设备驱动操作函数集led_fops，在led的操作函数集中，led_read和led_write函数在本驱动程序中都没被用到，因为应用程序使用了ioctl函数对设备进行控制，所以驱动要定义led_unlocked_ioctl。
第151~170行，函数led_timer_function，定时器服务函数，此函有一个参数arg，在初始化定时器的时候可以设置传递给led_timer_function函数的参数，不过在本例中我们没有用到。当定时周期到了以后此函数就会被调用；第157行，每次进入定时器服务函数都会将变量取反，实现LED灯闪烁的效果。因为内核定时器不是循环的定时器，执行一次以后就结束了，因此在166行又调用了mod_timer函数重新开启定时器；同样在这个服务函数中也使用了自旋锁进行保护！
第172~298行，函数led_init，驱动入口函数。在179行初始化自旋锁；第280~281行，初始化定时器，设置定时器的定时处理函数为led_timer_function，在led_init函数中并没有调用timer_add函数来开启定时器，因此定时器默认是关闭的，除非应用程序发送打开命令。
第300~319行，驱动出口函数。第303行调用del_timer_sync函数删除定时器，也可以使用del_timer函数。
32.3.3编写测试APP
测试APP我们要实现的内容如下：
①运行APP以后提示我们输入LED灯控制命令，输入0表示熄灭LED、输入1表示点亮LED，输入2表示让LED灯周期性闪烁，并且此时提示再次输入闪烁周期，单位为毫秒。
②输入3则表示退出测试APP程序。
好了搞清楚我们的逻辑、需求之后就可以开始编写测试程序了，在12_timer目录下新建名为timerApp.c的文件，然后输入如下所示内容：
示例代码32.3.3.1 timerApp.c文件代码段

• 1 /***************************************************************
• 2 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
• 3 文件名 : timerApp.c
• 4 作者 : 邓涛
• 5 版本 : V1.0
• 6 描述 : linux内核定时器测试程序
• 7 其他 : 无
• 8 使用方法 : ./timerApp /dev/led
• 9 论坛 : www.openedv.com
• 10 日志 : 初版V1.0 2019/1/30 邓涛创建
• 11 ***************************************************************/
• 12
• 13 #include
• 14 #include
• 15 #include
• 16 #include
• 17 #include
• 18 #include
• 19 #include
• 20 #include
• 21
• 22 /* ioctl命令 */
• 23 #define CMD_LED_CLOSE (_IO(0XEF, 0x1)) /* 关闭LED */
• 24 #define CMD_LED_OPEN (_IO(0XEF, 0x2)) /* 打开LED */
• 25 #define CMD_SET_PERIOD (_IO(0XEF, 0x3)) /* 设置LED闪烁频率 */
• 26
• 27 /*
• 28 * @description : main主程序
• 29 * @param - argc : argv数组元素个数
• 30 * @param - argv : 具体参数
• 31 * @return : 0 成功;其他 失败
• 32 */
• 33 int main(int argc, char *argv[])
• 34 {
• 35 int fd, ret;
• 36 unsigned int cmd;
• 37 unsigned int period;
• 38
• 39 if(2 != argc) {
• 40 printf("Usage:n"
• 41 "t./timerApp /dev/led @ open LED devicen"
• 42 );
• 43 return -1;
• 44 }
• 45
• 46 /* 打开设备 */
• 47 fd = open(argv[1], O_RDWR);
• 48 if(0 > fd) {
• 49 printf("ERROR: %s file open failed!rn", argv[1]);
• 50 return -1;
• 51 }
• 52
• 53 /* 通过命令控制LED设备 */
• 54 for ( ; ; ) {
• 55
• 56 printf("Input CMD:");
• 57 scanf("%d", &cmd);
• 58
• 59 switch (cmd) {
• 60
• 61 case 0:
• 62 cmd = CMD_LED_CLOSE;
• 63 break;
• 64
• 65 case 1:
• 66 cmd = CMD_LED_OPEN;
• 67 break;
• 68
• 69 case 2:
• 70 cmd = CMD_SET_PERIOD;
• 71 printf("Input Timer Period:");
• 72 scanf("%d", &period);
• 73 break;
• 74
• 75 case 3:
• 76 close(fd);
• 77 return 0;
• 78
• 79 default: break;
• 80 }
• 81
• 82 ioctl(fd, cmd, period);
• 83 }
• 84 }
  

第23~25行，ioctl命令值，这个命令值跟驱动中定义的是一样的。
第54~83行，在for循环中，首先让用户输入要测试的命令，例如输入0表示关闭LED，将cmd设置为CMD_LED_CLOSE；输入1表示打开LED灯，将cmd设置为CMD_LED_OPEN；输入2表示让LED灯周期性闪烁，让后再提示用户输入闪烁周期。
上面的命令输入完成之后，第82行通过调用ioctl函数发送cmd给驱动程序，并且ioctl函数的arg参数就是用户输入的周期值（当用户输入命令为2时）。
测试完成之后用户可以输入3命令退出测试程序。
32.4运行测试
32.4.1编译驱动程序和测试APP
1、编译驱动程序
编写Makefile文件，将第三十一章实验目录11_key下的Makefile文件拷贝到当前实验目录下，打开Makfile文件，将obj-m变量的值改为timer.o，修改完成之后Makefile内容如下所示：
示例代码32.4.1.1 Makefile文件

• 1 KERN_DIR := /home/zynq/linux/kernel/linux-xlnx-xilinx-v2018.3
• 2
• 3 obj-m := timer.o
• 4
• 5 all:
• 6 make ARCH=arm CROSS_COMPILE=arm-linux-gnueabihf- -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
• 7
• 8 clean:
• 9 make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` clean
  

第3行，设置obj-m变量的值为timer.o。
修改完成之后保存退出，在实验目录下输入如下命令编译出驱动模块文件：
make
编译成功以后就会生成一个名为“timer.ko”的驱动模块文件，如下所示：

图 43.4.1 编译timer驱动模块

2、编译测试APP
输入如下命令编译测试timerApp.c这个测试程序：

• arm-linux-gnueabihf-gcc timerApp.c -o timerApp
  

编译成功以后就会生成timerApp这个应用程序。
32.4.2运行测试
将上一小节编译出来的timer.ko和timerApp这两个文件拷贝到开发板根文件系统/lib/modules/4.14.0-xilinx目录中，重启开发板，进入到目录/lib/modules/4.14.0-xilinx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
  

驱动加载成功以后如下命令来测试：

• ./timerApp /dev/timer
  

输入上述命令以后终端提示输入命令，如所示：

图 43.4.2 运行timerApp测试程序

输入“0”回车，关闭LED；输入1回车，点亮LED；输入2回车之后，又会提示用户输入一个闪烁周期值，以毫秒为单位，操作如下所示：

图 43.4.3 输入相应数字执行命令

上面输入“50”，表示设置定时器周期值为50ms，设置好以后LED灯就会以50ms为间隔，开始闪烁。测试完成之后我们可以输入3退出测试APP。这里需要注意的是，我们的测试程序代码中并没有对输入的内容做检测，所以如果输入了其它的字符可能会导致奇怪的现象！当然大家可以对测试程序代码进行完善。
通过下面的命令卸载驱动模块：

• rmmod timer.ko