1. 信號(hào)量介紹

信號(hào)量常用于控制對(duì)共享資源的訪問(wèn)，有計(jì)數(shù)型信號(hào)量和二值信號(hào)量之分。初始化時(shí)信號(hào)量值大于1的，就是計(jì)數(shù)型信號(hào)量，計(jì)數(shù)型信號(hào)量不能用于互斥訪問(wèn)，它允許多個(gè)線程同時(shí)訪問(wèn)共享資源。若要互斥訪問(wèn)共享資源，信號(hào)量的值就不能大于1，此時(shí)就是二值信號(hào)量

Linux內(nèi)核使用semaphore結(jié)構(gòu)體表示信號(hào)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(hào)量操作相關(guān)API函數(shù)如下圖示：

2. 信號(hào)量實(shí)例

本實(shí)例中使用信號(hào)量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)LED設(shè)備的互斥訪問(wèn)，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(hào)量可以導(dǎo)致休眠，因此信號(hào)量保護(hù)的臨界區(qū)沒(méi)有運(yùn)行時(shí)間限制，可以在驅(qū)動(dòng)的open函數(shù)申請(qǐng)信號(hào)量，在release函數(shù)中釋放信號(hào)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(duì)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(hào)量

struct gpioled_dev{
    dev_t devid;               //設(shè)備號(hào)
    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(hào)
    int minor;                 //次設(shè)備號(hào)
    struct device_node *nd;    //設(shè)備節(jié)點(diǎn)
    int led_gpio;              //所使用的gpio編號(hào)
    struct semaphore sem;      //信號(hào)量
};

struct gpioled_dev gpioled;    //定義led設(shè)備

打開設(shè)備時(shí)，獲取信號(hào)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(hào)打斷
    } 
#if 0
    down(&gpioled.sem);          //休眠后不能被信號(hào)打斷
#endif
    return 0;
}

關(guān)閉設(shè)備時(shí)，釋放信號(hào)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(hào)量，信號(hào)量值加1
    return 0;
}

驅(qū)動(dòng)入口函數(shù)中，對(duì)信號(hào)量進(jìn)行初始化

static int __init led_init(void){
    int ret = 0;
    /* 初始化信號(hào)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(cè)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(cè)試程序在獲取LED驅(qū)動(dòng)使用權(quán)后會(huì)持續(xù)一段時(shí)間，添加如下代碼

while(1){
    sleep(5);
    cnt++;
    printf("App running times: %d\\r\\n",cnt);
    if(cnt >= 5)
        break;
}

2.4 編譯測(cè)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(cè)試程序：無(wú)需內(nèi)核參與，直接編譯即可

arm-linux-gnueabihf-gcc semaApp.c -o semaApp

運(yùn)行測(cè)試：?jiǎn)?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(huì)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(huì)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(huì)輸出一行App running times
./semaApp /dev/gpioled 1&    # &表示在后臺(tái)運(yùn)行APP

#在LED被占用期間，再次操作LED，會(huì)因?yàn)楂@取信號(hào)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(hào)量后才能獲取LED使用權(quán)
./semaApp /dev/gpioled 0