全志A33 lichee Linux内核原子操作(附实测代码)

2021-09-17 23:07:49

开发平台

*  芯灵思SinlinxA33开发板

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嵌入式linux 开发板交流 641395230

原子操作是指不会被线程调度机制打断的操作；这种操作一旦开始，就一直运行到结束，中间不会有任何线程切换。

原子操作是不可分割的，在执行完毕之前不会被任何其它任务或事件中断。在单处理器系统（UniProcessor）中，能够在单条指令中完成的操作都可以认为是" 原子操作"，因为中断只能发生于指令之间。这也是某些CPU指令系统中引入了test_and_set、test_and_clear等指令用于临界资源互斥的原因。但是，在对称多处理器（Symmetric Multi-Processor）结构中就不同了，由于系统中有多个处理器在独立地运行，即使能在单条指令中完成的操作也有可能受到干扰。我们以decl （递减指令）为例，这是一个典型的"读－改－写"过程，涉及两次内存访问。设想在不同CPU运行的两个进程都在递减某个计数值，可能发生的情况是：

⒈ CPU A(CPU A上所运行的进程，以下同）从内存单元把当前计数值⑵装载进它的寄存器中；
⒉ CPU B从内存单元把当前计数值⑵装载进它的寄存器中。
⒊ CPU A在它的寄存器中将计数值递减为1；
⒋ CPU B在它的寄存器中将计数值递减为1；
⒌ CPU A把修改后的计数值⑴写回内存单元。
⒍ CPU B把修改后的计数值⑴写回内存单元。

我们看到，内存里的计数值应该是0，然而它却是1。如果该计数值是一个共享资源的引用计数，每个进程都在递减后把该值与0进行比较，从而确定是否需要释放该共享资源。这时，两个进程都去掉了对该共享资源的引用，但没有一个进程能够释放它--两个进程都推断出：计数值是1，共享资源仍然在被使用。

Linux原子操作大部分使用汇编语言实现，因为c语言并不能实现这样的操作。
原子操作需要硬件的支持，因此是架构相关的，其API和原子类型的定义都定义在内核源码树的 include/asm/atomic.h 文件中

原子操作相关API

atomic.h 这个文件中包含了和具体芯片架构相关的原子操作头文件arch\arm\include\asm\atomic.h。

ATOMIC_INIT(v);
作用： 初始化一个个原子变量，一般比较少用。

atomic_read(atomic_t * v);
作用： 读取原子变量中的值

atomic_set(atomic_t * v, int i);
作用： 设置原子变量值为i

`void atomic_add(int i, atomic_t *v)
作用： 把原子变量值加上i

void atomic_sub(int i, atomic_t *v)
作用： 把原子变量值减去i

atomic_sub_and_test(i, v)
作用： 把原子变量v的值减去i，判断相减后的原子变量值是否为0，如果为0返回真

atomic_inc(v);
作用： 把原子变量v加上1

atomic_dec(v)
作用： 把原子变量v减去1

atomic_dec_and_test(v)
作用： 把原子变量v的值减去1，判断相减后的原子变量值是否为0，如果为0返回真

atomic_inc_and_test(v)
作用： 把原子变量v的值加1，判断相加后的原子变量值是否为0，如果为0返回真

atomic_add_negative(i,v)
作用： 把原子变量v的值加i，判断相加后的原子变量值是否为负数，如果为负数返回真

int atomic_add_return(int i, atomic_t *v)
作用： 把原子变量v的值加i，返回相加后原子变量的结果

int atomic_sub_return(int i, atomic_t *v)
作用： 把原子变量v的值减i，返回相减后原子变量的结果

atomic_inc_return(v)
作用： 把原子变量v的值加1后，返回结果

atomic_dec_return(v)·
作用： 把原子变量v的值减1后返回结果

实验现象：当多个APP调用同一个驱动时，不会发生混乱，依次执行

未实现原子操作,所有进程会都执行

驱动代码：

#include <linux/module.h>  
#include <linux/kernel.h>  
#include <linux/fs.h>  
#include <linux/init.h>  
#include <linux/delay.h>  
#include <linux/uaccess.h>  
#include <asm/irq.h>  
#include <asm/io.h>  
#include <asm/types.h>  
#include <linux/of.h>  
#include <linux/of_device.h>  
#include <linux/of_platform.h>  
#include <linux/atomic.h>  
static int major;  
static struct class *led_class;  
volatile unsigned long *gpio_con = NULL;  
volatile unsigned long *gpio_dat = NULL;  
//定义原子变量  ,初始化值为1  
atomic_t  atomic_v = ATOMIC_INIT(1);  
static int led_open (struct inode *node, struct file *filp)  
{  
    // atomic_dec_and_test(v),判断减1结果是否0，为0返回真。  
    if( !atomic_dec_and_test(&atomic_v) ){  
      printk("done done done \n");  
        return -1;  
    }  
  
    /* PB7 - 0x01C20824 */  
    if (gpio_con) {  
        printk("ioremap  0x%x\n", gpio_con);  
    }  
    else {  
        return -EINVAL;  
    }  
    printk(" open open open  \n");  
    return 0;  
}  
  
static ssize_t led_write (struct file *filp, const char __user *buf, size_t size, loff_t *off)  
{  
    unsigned char val;          
    copy_from_user(&val, buf, 1);  
  
    if (val)  
    {  
        *gpio_dat |= (1<<7);  
    }  
    else  
    {  
        *gpio_dat &= ~(1<<7);  
    }  
    printk(" write write write  \n");  
    return 1;   
}  
  
static int led_release (struct inode *node, struct file *filp)  
{  
    //释放信号量  
    atomic_set(&atomic_v,1);   
    printk("iounmap(0x%x)\n", gpio_con);  
    iounmap(gpio_con);  
    printk(" release release release  \n");  
    return 0;  
}  
  
  
static struct file_operations myled_oprs = {  
    .owner = THIS_MODULE,  
    .open  = led_open,  
    .write = led_write,  
    .release = led_release,  
};  
static int myled_init(void)  
{  
   major = register_chrdev(0, "myled", &myled_oprs);  
   led_class = class_create(THIS_MODULE, "myled");  
   device_create(led_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "ledzzzzzzzz");   
   gpio_con = (volatile unsigned long *)ioremap(0x01C20824, 1);   //0x01C20824  
   gpio_dat = gpio_con + 4;     //0x01C20834          
   *gpio_con &= ~(7<<28);  
   *gpio_con |=  (1<<28);  
   *gpio_dat &= ~(1<<7);  
   return 0;  
}  
module_init(myled_init);  
module_exit(led_release);  
MODULE_LICENSE("GPL");

APP代码:

#include <sys/stat.h>  
#include <fcntl.h>  
#include <stdio.h>  
/* ledtest on 
 *  *   * ledtest off 
 *   *     */  
int main(int argc, char **argv)  
{  
    int fd;  
    unsigned char val = 1;  
  
        fd = open("/dev/ledzzzzzzzz", O_RDWR);  
        if (fd < 0)  
        {  
            printf("can't open!\n");  
        }  
        if (argc != 2)  
        {  
            printf("Usage :\n");  
            printf("%s <on|off>\n", argv[0]);  
            return 0;  
        }  
  
        if (strcmp(argv[1], "on") == 0)  
        {  
            val  = 1;  
        }  
        else  
        {  
            val = 0;  
        }  
        write(fd, &val, 1);  
  
    return 0;  
}

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