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芯灵思SinlinxA33开发板Linux内核原子操作(附实测代码)

助工
2019-02-19 16:26:39    评分
  1. 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。

  2. 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);
初始化一个个原子变量,一般比较少用。
atomic_read(atomic_t * v);
读取原子变量中的值
atomic_set(atomic_t * v, int i);
设置原子变量值为i
void atomic_add(int i, atomic_t *v)
把原子变量值加上i
void atomic_sub(int i, atomic_t *v)
把原子变量值减去i
atomic_sub_and_test(i, v)
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);
把原子变量v加上1 
atomic_dec(v)
把原子变量v减去1 
atomic_dec_and_test(v)
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)
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)
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)
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)
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)
把原子变量v的值加1后,返回结果
atomic_dec_return(v)
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

#  ./ledtest & ./ledtest&  ./ledtest &

未实现原子操作会都执行


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;
}




专家
2019-02-20 09:17:36    评分
2楼

开始接触这个原子操作时觉得好神奇的样子啊!



管理员
2019-02-20 09:30:26    评分
3楼

涨姿势


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