1 休眠与唤醒
1.1 适用场景
在前面引入中断时，我们曾经举过一个例子
妈妈怎么知道卧室里小孩醒了？
① 时不时进房间看一下： 查询方式
◼ 简单，但是累
② 进去房间陪小孩一起睡觉，小孩醒了会吵醒她： 休眠-唤醒
◼ 不累，但是妈妈干不了活了
③ 妈妈要干很多活，但是可以陪小孩睡一会，定个闹钟： poll 方式
◼ 要浪费点时间，但是可以继续干活。
◼ 妈妈要么是被小孩吵醒，要么是被闹钟吵醒。
④ 妈妈在客厅干活，小孩醒了他会自己走出房门告诉妈妈： 异步通知
◼ 妈妈、小孩互不耽误。
这 4 种方法没有优劣之分，在不同的场合使用不同的方法。
查询方式
以前是直接返回引脚电平，然后比较前后电平是否有变化，有变化就是有按键发生了。
现在用“休眠-唤醒”机制
① APP 调用 read 等函数试图读取数据，比如读取按键；
② APP 进入内核态，也就是调用驱动中的对应函数，发现有数据则复制到用户空间并马上返回；
③ 如果 APP 在内核态，也就是在驱动程序中发现没有数据，则 APP 休眠；
④ 当有数据时，比如当按下按键时，驱动程序的中断服务程序被调用，它会记录数据、唤醒 APP；
⑤ APP 继续运行它的内核态代码，也就是驱动程序中的函数，复制数据到用户空间并马上返回。
驱动中有数据时， 图 中红线就是 APP1 的执行过程，涉及用户态、内核态
有应用层发起的，再回到应用层。处于进程/线程上下文可以调用复杂/耗时的函数。
在中断上下文则不可，中断不能休眠。
驱动中没有数据时， APP1在内核态执行到 drv_read 时会休眠。所谓休眠就是把自己的状态改为非RUNNING，这样内核的调度器就不会让它运行。当按下按键，驱动程序中的中断服务程序被调用，它会记录数据，并唤醒 APP1。所以唤醒就是把程序的状态改为 RUNNING，这样内核的调度器有合适的时间就会让它运行。当 APP1 再次运行时，就会继续执行 drv_read 中剩下的代码，把数据复制回用户空间，返回用户空间。 APP1 的执行过程如下图的红色实线所示，它被分成了 2 段：
值得注意的是，上面 2个红线部分都属于 APP1 的“上下文”，或者这样说：红线所涉及的代码，都是 APP1调用的。但是按键的中断服务程序，不属于 APP1的“上下文”，这是突如其来的，当中断发生时， APP1正在休眠呢。
在 APP1的“上下文”，也就是在 APP1的执行过程中，它是可以休眠的。
在中断的处理过程中，也就是 gpio_key_irq 的执行过程中，它不能休眠：“中断”怎么能休眠？“中断”休眠了，谁来调度其他 APP 啊？
所以，请记住： 在中断处理函数中，不能休眠，也就不能调用会导致休眠的函数。
1.2 内核函数
1 休眠函数
参考内核源码： include\linux\wait.h
| 函数 | 说明 |
| wait_event_interruptible(wq, condition) | 休眠，直到 condition 为真； 休眠期间是可被打断的，可以被信号打断 |
| wait_event(wq, condition) | 休眠，直到 condition 为真； 退出的唯一条件是 condition 为真，信号也不好使 |
| wait_event_interruptible_timeout(wq, condition, timeout) | 休眠，直到 condition 为真或超时； 休眠期间是可被打断的，可以被信号打断 |
| wait_event_timeout(wq, condition, timeout) | 休眠，直到 condition 为真； 退出的唯一条件是 condition 为真，信号也不好使 |
#define wait_event_interruptible(wq_head, condition) \
({ \int __ret = 0; \might_sleep(); \if (!(condition)) \__ret = __wait_event_interruptible(wq_head, condition); \__ret; \
})#define wait_event(wq_head, condition) \
do { \might_sleep(); \if (condition) \break; \__wait_event(wq_head, condition); \
} while (0)#define wait_event_interruptible_timeout(wq_head, condition, timeout) \
({ \long __ret = timeout; \might_sleep(); \if (!___wait_cond_timeout(condition)) \__ret = __wait_event_interruptible_timeout(wq_head, \condition, timeout); \__ret; \
})#define wait_event_timeout(wq_head, condition, timeout) \
({ \long __ret = timeout; \might_sleep(); \if (!___wait_cond_timeout(condition)) \__ret = __wait_event_timeout(wq_head, condition, timeout); \__ret; \
})比较重要的参数就是
① wq： waitqueue，等待队列
◼ 休眠时除了把程序状态改为非 RUNNING 之外，还要把进程/进程放入wq 中，以后中断服务程序要从 wq 中把它取出来唤醒。
◼ 没有 wq 的话，茫茫人海中，中断服务程序去哪里找到你？
② condition
◼ 这可以是一个变量，也可以是任何表达式。表示“一直等待，直到condition 为真”。
2 唤醒函数
参考内核源码： include\linux\wait.h
| 函数 | 说明 |
| wake_up_interruptible(x) | 唤醒 x 队列中状态为“ TASK_INTERRUPTIBLE”的线程，只唤 醒其中的一个线程 |
| wake_up_interruptible_nr(x, nr) | 唤醒 x 队列中状态为“ TASK_INTERRUPTIBLE”的线程，只唤 醒其中的 nr 个线程 |
| wake_up_interruptible_all(x) | 唤醒 x 队列中状态为“ TASK_INTERRUPTIBLE”的线程，唤醒 其中的所有线程 |
| wake_up(x) | 唤 醒 x 队 列 中 状 态 为 “ TASK_INTERRUPTIBLE ” 或 “TASK_UNINTERRUPTIBLE”的线程，只唤醒其中的一个线程 |
| wake_up_nr(x, nr) | 唤 醒 x 队 列 中 状 态 为 “ TASK_INTERRUPTIBLE ” 或 “TASK_UNINTERRUPTIBLE”的线程，只唤醒其中 nr 个线程 |
| wake_up_all(x) | 唤 醒 x 队 列 中 状 态 为 “ TASK_INTERRUPTIBLE ” 或 “TASK_UNINTERRUPTIBLE”的线程，唤醒其中的所有线程 |
1.3 驱动框架
驱动框架如下
要休眠的线程，放在 wq 队列里，中断处理函数从 wq 队列里把它取出来唤醒。
所以，要做这几件事：
① 初始化 wq 队列
② 在驱动的read函数中，调用wait_event_interruptible：
◼ 它本身会判断 event 是否为 FALSE，如果为 FASLE 表示无数据，则休眠。
当从 wait_event_interruptible 返回后，把数据复制回用户空间。
③ 在中断服务程序里：
◼ 设置 event 为 TRUE，并调用 wake_up_interruptible 唤醒线程。
1.4 代码
在上一节的基础上修改：韦东山嵌入式linux系列-Linux 系统对中断的处理-CSDN博客
在驱动的读函数里调用 wait_event_interruptible：
// 实现自己的read函数，等待按键按下
static ssize_t gpio_key_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{int err;printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);// 当g_key为真时，休眠才被打断wait_event_interruptible(gpio_key_wait, g_key);err = copy_to_user(buf, &g_key, 4);// 再次被置为0，进入休眠状态，等待下次唤醒g_key = 0;return 4;
}假设 g_key 等于 0，那么 APP 会执行到上述代码进入休眠状态。它被谁唤醒？被控制的中断服务程序：
// 中断服务程序，唤醒线程
static irqreturn_t gpio_key_irq_winter(int irq, void* dev_id)
{struct gpio_key *gpio_key = dev_id;int val;val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);printk("key %d %d\n", gpio_key->gpio, val);// 哪一个按键放在高8位，按下/松开是valg_key = (gpio_key->gpio << 8) | val;// 唤醒g_key队列wake_up_interruptible(&gpio_key_wait);return IRQ_HANDLED;
}注意这 2 个函数，一个没有使用“ &”，另一个使用了“ &”：
wait_event_interruptible(gpio_key_wait, g_key);
wake_up_interruptible(&gpio_key_wait);应用程序并不复杂，调用 open、 read 即可，代码在 button_test.c 中
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>/** ./button_test /dev/100ask_button0**/
int main(int argc, char **argv)
{int fd;int val;/* 1. 判断参数 */if (argc != 2) {printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);return -1;}/* 2. 打开文件 */fd = open(argv[1], O_RDWR);if (fd == -1){printf("can not open file %s\n", argv[1]);return -1;}while (1){/* 3. 读文件 */read(fd, &val, 4);printf("get button : 0x%x\n", val);}close(fd);return 0;
}
编译
1.5 测试
在开发板挂载 Ubuntu 的NFS目录
mount -t nfs -o nolock,vers=3 192.168.5.11:/home/book/nfs_rootfs/ /mnt使用上一节的设备树文件：韦东山嵌入式linux系列-Linux 系统对中断的处理-CSDN博客
先确定boot分区挂载在哪里
cat /proc/mounts
这里没问题，如果不是/boot分区，重新挂载
mount /dev/mmcblk2p2 /boot
把编译出来的设备树文件拷贝到/boot目录下
reboot重启
安装驱动，强制安装
insmod -f gpio_key_drv.ko
按按键测试，按下是1，松开是0
利用top查看占资源情况
缺点是只能读最新的一个数据，因为按键数据放在全局变量g_key中了
1.6 使用环形缓冲区改进驱动程序
利用唤醒缓冲区存储数据
// 环形缓冲区
#define BUF_LEN 128
static int g_keys[BUF_LEN];
static int r, w;// 下一个位置
#define NEXT_POS(x) ((x+1) % BUF_LEN)// 判断环形缓冲区是否为空
static int is_key_buf_empty(void)
{// 相等时为空return (r == w);
}// 判断缓冲区是否满
static int is_key_buf_full(void)
{return (r == NEXT_POS(w));
}// 写数据进去
static void put_key(int key)
{if (!is_key_buf_full()){g_keys[w] = key;// w后移w = NEXT_POS(w);}
}// 获得数据
static int get_key(void)
{int key = 0;if (!is_key_buf_empty()){key = g_keys[r];// r后移r = NEXT_POS(r);}return key;
}使用环形缓冲区之后，休眠函数可以这样写
// 实现自己的read函数，等待按键按下
static ssize_t gpio_key_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{int err;int key;printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);// 当is_key_buf_empty为假时，也就是不空，休眠才被打断，才能get数据wait_event_interruptible(gpio_key_wait, !is_key_buf_empty());key = get_key();err = copy_to_user(buf, &key, 4);return 4;
}
唤醒函数可以这样写
// 中断服务程序，唤醒线程
static irqreturn_t gpio_key_irq_winter(int irq, void* dev_id)
{struct gpio_key *gpio_key = dev_id;int val;int key;val = gpiod_get_value(gpio_key->gpiod);printk("key %d %d\n", gpio_key->gpio, val);// 哪一个按键放在高8位，按下/松开是valkey = (gpio_key->gpio << 8) | val;// 加入数据put_key(key);// 唤醒g_key队列wake_up_interruptible(&gpio_key_wait);return IRQ_HANDLED;
}测试过程同1.5
可以存储多个数据
