【Linux驱动】设备树中指定中断 | 驱动中获得中断 | 按键中断实验

🐱作者：一只大喵咪1201
🐱专栏：《Linux驱动》
🔥格言：你只管努力，剩下的交给时间！

🏀在设备树中指定中断

继续拿这个中断流程图来说话。

在硬件上，中断控制器只有GIC这一个，但是我们在软件上可以把GPIO也归类为中断控制器。

芯片会有多个GPIO模块，所以软件上的中断控制器就会有很多个：GIC，GPIO1，GPIO2，GPIO3…等等。

其中GPIO1、GPIO2、GPIO3这些中断控制器模块都连接汇集到GIC模块，所以GIC模块就是GPIOx模块的父亲。

假设GPIO1有32个中断源，但是它把其中的16个汇聚起来向GIC发出一 个中断，把另外16个汇聚起来向GIC发出另一个中断。这就意味着GPIO1会用到 GIC 的两个中断，会涉及 GIC 里的 2 个 hwirq。

• 这些层级关系、中断号(hwirq)，都会在设备树中有所体现。

dtsi：

如上图所示由BSP工程师提供的dtsi设备树文件：

• intc：表示GIC中断控制器。
• gpio1：表示GPIO1中断控制器。
• gpio2：表示GPIO2中断控制器。

GIC是顶层中断控制器，所以它没有父亲，而GPIO1和GPIO2都是soc的子节点，子节点会继承父节点的属性：

• interrupt-parent = <&gpc>：表示父亲节点，soc节点的interrupt-parent = <&gpc>。
• GPIO1和GPIO2继承soc的interrupt-parent = <&gpc>属性，所以它们的父节点也是gpc。

本喵没有列出来，gpc的父节点是GIC中断控制器，所以从设备树反推出IMX6ULL的中断框图，它比之前多了一个GPC INTC：

如上图所示新的中断框图，GPC INTC的功能是提供中断屏蔽、中断状态查询等功能。

• 实际上这些功能在GIC中也实现了。
• 之所以保留它是因为它还能提供唤醒功能。

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继续回到dtsi设备树文件来看，每一个中断控制器中都有两个必须的属性：

• interrupt-controller：该属性表明它是中断控制器。
• #interrupt-cells：该属性表明引用这个中断控制器的话需要多少个cell。
  • #interrupt-cells=<1>：别的节点要使用这个中断控制器时，只需要一个 cell来表明使用哪一个中断。
  • #interrupt-cells=<2>：别的节点要使用这个中断控制器时，需要两个cell，其中第一个来表明使用哪一个中断，第二个一般来描述中断的触发类型。

由于GIC规定了要引用该中断控制器需要使用3个cell，所以GPIO1和GPIO2就使用了<GIC_SPI 66 IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH>这样的3个cell：

• GIC_SPI：GPIO模块向GIC发出中断的类型。
• 66：GPIO模块向GIC发出中断的硬件中断号hirq。
• IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH：GPIO模块向GIC发出中断的触发类型。

除了引用GIC中断控制器外，GPIOx模块也有自己的interrupt-controller属性和#interrupt-cells = <2>属性：

• GPIO1和GPIO2中断控制器模块规定引用该控制器时需要使用两个cell。

这是都是芯片厂家写好的，提供给我们使用的，我们只需要知道怎么去用它们就行。

dts：

如上图我们写的dts设备树文件中，这是一个spidev节点：

• interrupt-parent = <&gpio1>：该设备的父节点是gpio1，表明该外部设备引用GPIO1控制器。
• interrupts = <1 1>：表示该设备使用的硬件中断号hirq是1，触发类型是1。
  • 新写法interrupts-extend：一个这样的属性就可以既指定interrupt-parent又指定interrupts。
  • 比如interrupts-extend = <&gpio1 1 1>。

触发类型这里写的1，代表什么意思呢？有写什么类型呢？

如上图所示，1就代表着low-to-high edge triggered上升沿触发。

如此一来，在设备树中指定了该外部设备的中断，在驱动程序中就可以直接使用了。

🏀代码中获得中断

我们知道，设备树中的节点有的会被内核转化为platform_device结构体，有些则不会。

对于能转化为platform_device结构体的节点，如果它在设备树里指定了中断属性，那么可以从platform_device中获得中断资源：

如上图所示platform_get_resource函数，用来获取中断资源：

• dev：转化后的platform_device结构体指针。
• type：获取哪类资源。
  • IORESOURCE_MEM、IORESOURCE_REG、IORESOURCE_IRQ 等。
• num：这类资源中的哪一个。
  • 一个节点中使用不止一个中断源。

对于I2C设备、SPI设备，总线驱动在处理设备树里的I2C子节点时，也会处理其中的中断信息。

• 一个I2C设备会被转换为一个i2c_client结构体，中断号会保存在i2c_client的irq成员里。

如上图代码所示，当I2C总线和驱动程序匹配以后，会自动调用probe函数，在该函数中使用of_irq_get函数，从它的子节点I2C设备中解析出中断号irq。

• 一个 SPI 设备会被转换为一个spi_device结构体，中断号会保存在spi_device的irq成员里。

如上图，当SPI总线和驱动程序匹配后，在它的probe函数中，也会调用of_irq_get从子节点SPI设备中解析出中断号irq。

如果设备节点既不能转换为platform_device，也不是I2C和SPI设备，那么在驱动程序中，可以自行调用of_irq_get函数去解析得到中断号。

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对于GPIO引脚，芯片厂家提供了专门的接口函数来获取中断：

• of_get_gpio_flags：使用该函数获取GPIO引脚，此时获取到的是使用老的方式描述GPIO引脚信息的那个整数。
• gpio_to_desc：使用该函数获取GPIO引脚，获得是使用新方式描述GPIO引脚信息的那个desc结构体。
• gpiod_to_irq：最后使用该函数从得到的GPIO引脚信息中获得软件中断号。

🏀按键中断

对于 GPIO 按键，我们并不需要去写驱动程序，使用内核自带的驱动程序 drivers/input/keyboard/gpio_keys.c就可以，然后需要做的只是修改设备树指定引脚及键值。

但是本喵还是要从头写一遍按键驱动程序，特别是如何使用中断，因为中断是其他基础知识的前提，以后的休眠-唤醒，POLL机制，异步通知，定时器，中断的线程化处理等内容都离不开中断。

如上图所示本喵使用的IMX6ULL开发板原理图，按键KEY1和按键KEY2使用的是GPIO5_1和GPIO4_14两个引脚，并且是低电平有效。

同样的，按键驱动程序也要分为驱动程序和设备树两部分。

?驱动程序

如上图所示gpio_key_drv.c文件中的驱动程序：

• 创建platform_driver结构体gpio_keys_driver，并且进行初始化。
  • 使用gpio_key_probe初始化probe函数。
  • 使用gpio_key_remove初始化remove函数。
  • 使用of_device_id数组Big_Miaomi_keys初始化driver.of_match_table。
    • 数组中compatible属性的值是"Big_Miaomi,gpio_keys"，用来和设备节点匹配。
• 在入口函数gpio_key_init中使用platform_driver_register函数向内核注册驱动程序。
• 在出口函数gpio_key_exit中使用platform_driver_unregister从内核中取消驱动程序注册。
• 完善设备驱动信息。

• 由于这是按键中断，不需要应用层来调用，所以不用在/dev下创建设备节点，也不用注册file_operations结构体。

probe函数：

如上图所示probe函数的实现：

• 定义全局一个结构体指针gpio_keys_Big_Miaomi，该结构体是struct gpio_key 类型，用来存放中断的信息。
• 使用of_gpio_count获得中断源个数，因为一个设备节点可能有多个中断源。
  • 按键设备可能有多个按键，此时就有多个中断源。
• 使用内核的kzalloc函数在堆区上开辟一段堆空间，来存放中断信息。
• 每一个中断源，都需要获取它的详细信息：
  • 使用of_get_gpio_flags获取中断的引脚信息gpio和有效标志。
  • 将用整数描述的引脚信息转换成使用gpio_desc类型描述的引脚信息。
  • 将中断引脚设置成低电平有效，与OF_GPIO_ACTIVE_LOW相与。
    • 因为电路中按键是低电平有效，原本的引脚标志是输入GPIOF_IN。
  • 再使用devm_gpio_request_one将引脚状态设置成逻辑值。
    • 按键按下后，读取到的引脚值是1，尽管物理值是0。
  • 使用gpio_to_irq获取中断引脚的软件中断号irq。

将所有中断信息获取到以后，再为每一个中断注册中断函数：

• 使用request_irq注册中断服务函数：
  • 第一个参数传入中断的软件中断号gpio_keys_Big_Miaomi[i].irq。
  • 第二个参数传入中断服务函数gpio_key_isr。
  • 第三个参数传入中断触发方式IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING双边沿触发。
  • 第四个参数传入中断名称"100ask_gpio_key"，该参数不重要。
  • 第五个参数传入dev_id，也就是中断信息所在的结构体指针&gpio_keys_Big_Miaomi[i]。

此时中断函数就注册完成了，接下来就是实现中断服务函数中要做什么：

如上图所示中断服务函数，在里面仅获取引脚电平的逻辑值，并且打印出描述引脚的那个整数编号和引脚状态。

remove函数：

如上图所示remove函数，在卸载驱动程序时：

• 使用free_irq将所有前面注册的中断释放掉。
• 使用kfree将存放引脚信息的堆空间释放掉。

?设备树

如上图所示蓝色框中代码，使用图形化工具生成GPIO5_1和GPIO4_14的两个pin-controller节点代码。

如上图所示，将生成的pin-controller节点代码复制到我们要写的dts设备树文件中：

• GPIO5_1：节点名称为Big_Miaomi_key1，表示按键1。
• GPIO4_14：节点名称为Big_Miaomi_key2，表示按键2。

如上图所示，在dts设备树文件的根节点下，增加按键外部设备节点gpio_keys_Big_Miaomi：

• 使用GPIO子系统指定按键引脚和有效电平。
• 使用Pinctrl子系统将引脚复用为通用GPIO功能。
• 在原本的gpio-keys节点中，使用status = "disabled"属性让该节点失能，防止影响我们自己创建的按键节点。

• 这里并没有在设备树中指定按键的interrupts-extend。
• 因为对于GPIO，芯片厂家提供了驱动程序中的一些列接口，可以直接获取GPIO的中断信息，包括中断号以及中断控制器等。

?上机实验

如上图所示，使用上面的makefile文件编译驱动程序，生成gpio_key_drv.ko驱动模块。

如上图所示，将写好的gpio_key_drv.c驱动程序和设备树文件，以及Makefile上传到服务器上，分别进行编译，编程成功后将生成的gpio_key.ko和dtb文件都拷贝到网络文件系统中供开发板使用。

如上图所示，先让开发板使用新的dtb设备树文件，再使用insmod安装gpio_key_drv.ko驱动模块，可以看到安装成功后输出匹配porbe函数的调试信息。

如上图所示，按下开发板上的KEY1和KEY2时：

• 按键按下，按键值是1，松开按键值是0。
• 按键值前面的整数就是描述按键引脚的编号。

🏀总结

要知道在设备树中是如何描述一个设备的中断的，包括父节点interrupt-parent属性，以及描述中断引脚的interrupts属性的用法。

还要知道在中断程序中是如何获取设备树中的中断信息的，以及如何使用这些中断信息。

最后要会实现按键中断程序。