1. 原子操作介紹

Linux原子操作是指不能再進一步分割的操作，一般原子操作用于變量或者位操作。Linux內核定義了atomic_t結構體來完成整型數據的原子操作，此結構體定義在include/linux/types.h文件中

typedef struct {
    int counter;
} atomic_t;

原子操作相關 API 函數如下圖示：

2. 原子操作實例

本實例中使用原子操作來實現對LED設備的互斥訪問，即一次只允許一個應用程序使用LED燈，代碼是在pinctrl與gpio子系統下的字符設備驅動框架一文的基礎上完成的

2.1 修改設備樹文件

設備樹文件修改與pinctrl與gpio子系統下的字符設備驅動框架文中的修改方法一樣，此處無需修改

2.2 編寫驅動程序

拷貝pinctrl與gpio子系統下的字符設備驅動框架文中的gpioled.c驅動文件，并重命名為atomicled.c，對部分代碼進行修改，其余保持不變

在設備結構體中，添加原子變量

struct gpioled_dev{
    dev_t devid;                //設備號
    struct cdev cdev;           //cdev字符設備
    struct class *class;        //類
    struct device *device;      //設備
    int major;                  //主設備號
    int minor;                  //次設備號
    struct device_node *nd;     //設備節點
    int led_gpio;               //所使用的gpio編號
    atomic_t lock;              //原子變量
};

struct gpioled_dev gpioled;     //定義led設備

打開設備時，判斷原子變量的值來檢查LED有沒有被占用

static int led_open(struct inode *inode, struct file *filp){
    if(!atomic_dec_and_test(&gpioled.lock)){
        atomic_inc(&gpioled.lock);     //小于0的話就加1，使其原子變量等于0
        return -EBUSY;                 //LED被使用，返回忙
    }
 
    filp->private_data = &gpioled;     //設置私有數據
    return 0;
}

關閉設備時，釋放原子變量

static int led_release(struct inode *inode, struct file *filp){
    struct gpioled_dev *dev = filp->private_data;
    atomic_inc(&dev->lock);      //釋放原子變量
}

驅動入口函數中，對原子變量進行初始化

static int __init led_init(void){
    int ret = 0;
    /* 初始化原子變量 */
    atomic_set(&gpioled.lock, 1);  //原子變量初始值為 1 
    /* 設置 LED 所使用的 GPIO */
    /* 1、獲取設備節點：gpioled */
    gpioled.nd = of_find_node_by_path("/gpioled");
    ......
    ......
}

2.3 編寫測試程序

拷貝pinctrl與gpio子系統下的字符設備驅動框架文中的gpioledApp.c測試程序，并重命名為atomicApp.c，添加模擬占用LED的代碼，使測試程序在獲取LED驅動使用權后會持續一段時間，添加如下代碼

while(1){
    sleep(5);
    cnt++;
    printf("App running times: %d\\r\\n",cnt);
    if(cnt >= 5)
        break;
}

2.4 編譯測試

編譯驅動程序：當前目錄下創建Makefile文件，并make編譯

KERNELDIR := /home/andyxi/linux/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_andyxi
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := atomicled.o

build: kernel_modules

kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

編譯測試程序：無需內核參與，直接編譯即可

arm-linux-gnueabihf-gcc atomicApp.c -o atomicApp

運行測試：啟動開發板后，加載驅動模塊，操作LED燈后，相應時間內再次操作LED會提示失敗，說明互斥點燈成功

depmod                           #第一次加載驅動的時候需要運行此命令
modprobe gpioled.ko              #加載驅動
# 打開LED后，每隔5秒會輸出一行App running times
./atomicApp /dev/gpioled 1&      # &表示在后臺運行APP

#在LED被占用期間，再次操作LED，會輸出打開驅動失敗
./atomicApp /dev/gpioled 0