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公众号：嵌入式攻城狮（ID：andyxi_linux）
作者：安迪西
1. 信号量介绍
信号量常用于控制对共享资源的访问，有计数型信号量和二值信号量之分。初始化时信号量值大于1的，就是计数型信号量，计数型信号量不能用于互斥访问，它允许多个线程同时访问共享资源。若要互斥访问共享资源，信号量的值就不能大于1，此时就是二值信号量
Linux内核使用semaphore结构体表示信号量，结构体内容如下所示：
struct semaphore {
raw_spinlock_t lock;
unsigned int count;
struct list_head wait_list;
};
信号量操作相关API函数如下图示：
2. 信号量实例
本实例中使用信号量来实现对LED设备的互斥访问，即一次只允许一个应用程序使用LED灯，代码是在pinctrl与gpio子系统下的字符设备驱动框架一文的基础上完成的
信号量可以导致休眠，因此信号量保护的临界区没有运行时间限制，可以在驱动的open函数申请信号量，在release函数中释放信号量
2.1 修改设备树文件
设备树文件修改与pinctrl与gpio子系统下的字符设备驱动框架文中的修改方法一样，不需要做任何修改
2.2 编写驱动程序
拷贝pinctrl与gpio子系统下的字符设备驱动框架文中的gpioled.c驱动文件，并重命名为sema.c，对部分代码进行修改，其余保持不变
⏩ 在设备结构体中，添加信号量
struct gpioled_dev{
dev_t devid; //设备号
struct cdev cdev; //cdev字符设备
struct class *class; //类
struct device *device; //设备
int major; //主设备号
int minor; //次设备号
struct device_node *nd; //设备节点
int led_gpio; //所使用的gpio编号
struct semaphore sem; //信号量
};
struct gpioled_dev gpioled; //定义led设备
⏩ 打开设备时，获取信号量
static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp){
filp->private_data = &gpioled; //设置私有数据
if(down_interruptible(&gpioled.sem)){
return -ERESTARTSYS; //进入休眠后可被信号打断
}
#if 0
down(&gpioled.sem); //休眠后不能被信号打断
#endif
return 0;
}
⏩ 关闭设备时，释放信号量
static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp){
struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
up(&dev->sem); //释放信号量，信号量值加1
return 0;
}
⏩ 驱动入口函数中，对信号量进行初始化
static int __init led_init(void){
int ret = 0;
/* 初始化信号量 */
sema_init(&gpioled.sem, 1);
/* 设置 LED 所使用的 GPIO */
/* 1、获取设备节点：gpioled */
gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
......
......
}
2.3 编写测试程序
拷贝pinctrl与gpio子系统下的字符设备驱动框架文中的gpioledApp.c程序，并重命名为semaApp.c，添加模拟占用LED的代码，使测试程序在获取LED驱动使用权后会持续一段时间，添加如下代码
while(1){
sleep(5);
cnt++;
printf("App running times: %drn",cnt);
if(cnt >= 5)
break;
}
2.4 编译测试
⏩ 编译驱动程序：当前目录下创建Makefile文件，并make命令编译
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
⏩ 编译测试程序：无需内核参与，直接编译即可
arm-linux-gnueabihf-gcc semaApp.c -o semaApp
⏩ 运行测试：启动开发板后，加载驱动模块，操作LED灯后，相应时间内再次操作LED时，第二个应用程序会进入休眠，等前面的应用程序运行完后，第二个应用程序会接着运行
depmod #第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe semaphore.ko #加载驱动
# 打开LED后，每隔5秒会输出一行App running times
./semaApp /dev/gpioled 1& # &表示在后台运行APP
#在LED被占用期间，再次操作LED，会因为获取信号量失败而进入休眠状态
#等前一条命令运行完并释放信号量后才能获取LED使用权
./semaApp /dev/gpioled 0
