2.3底半部分处理程序和缓冲区
uClinux 操作系统 退出中断处理程序后，会立即将tq_immediate队列中任务投入运行，其中也有FPGA_bh函数。在进入fPGA_bh同时，系统会将el_line的地址作为实参传递给形参line。也就是将FIFO状态寄存器(FPga_imf)的值间接传给了底半部处理程序。底半部分程序中会检查这个值的每一位，据此决定需要读的FIFO。
从FIFO中读上来的数据都是存放在内核的缓冲区中的。因为每一个FIFO的容量是一个E1的复帧，所以内核的缓冲也是以E1复帧的大小为一个缓冲块。缓冲块用链表串连起来。缓冲单元的数据结构如下：
struct buf_struct{
struct list_head list；?? ／*链表头*／
unsigned int buf_size；?? ／*数据块的大小*／
unsigned int*buLhead；??? ／*缓冲块的指针*／
unsigned int*buL_curl???? ／*缓冲块当前指针*／
}；
buf_size说明了数据块的大小。这是一个以“字”为单位的数值。缓冲块在内核堆区开辟，buf_head指向实际的缓冲块的首地址，而buf_cur指向缓冲块中正在操作的单元。为了使用链表机制，驱动必须包含头文件。其中定义了list_head类型结构：
struct list_head{
struct list_head*next．*prev;
为了访问缓冲块链表,还要建立一个链表头,在驱动 中定义全局变量：?
struct list_head read_list;
链表头必须是一个独立的list_head结构。在使用之前，必须用INIT_LIST_HEAD宏来初始化链表头：
INIT_LIST_HEAD(&readlist)； I
Linux系统提供了链表的操作函数，在头文件中：?
list_add(struet list_head*new，struct list_head*head)；???? ／*在链表头后插入一个新项*／?
list_add_tail(stuot list_head*new，struet list_head*head)； ／*在链表尾部添加一个新项*／? nbsp; list_del(struet_list_head*entry)；?????????????????????????? ／*将给定项从链表中删除*／?
list_empty(struct list_head*head)??????????????????????????? ／*判断链表是否为空*／?
list_entry(struct list_head。ptr，type_of_struet，fiELD_ name)； ／*访问包含链表头的结构*／?
其中list_entry的作用是一个1ist_head结构指针映射回一个指向包含它的大结构的指针。ptr是指向structlist_head结构的指针，type_of_struct是包含ptr的结构类型，field_name是结构中链表字段的名字。如可以用这个宏将指向数据缓冲块的链表指针 (readl)映射为缓冲块结构指针(buf)：?
struetbuf_strcut*buf=list_entry(real,struct buf_struct,list)；?
底半部分处理程序中，内核缓冲块是动态分配的。因为驱动程序是内核的一部分，所以在内核堆区开辟缓冲区就要用专用的函数，在头文件定义了如下函数：
void*kmalLOC(size t size，int flags);／*在内核堆中分配size大小的空问*／
void kfree(void*obi/*释放kmalloc分配的空间*／
kmalloc函数的第1个参数是size(大小)，第2个参数是优先权。最常用的优先权是GFP_KERNEL，它的意思是该内存 分配是由运行在内核态的进程调用的。有时kmalloc是在进程上下文之外调用的，比如在中断处理、任务队列处理和内核定时器处理时发生。这些情况下，current进程就不应该进入睡眠状态，这时应该就使用优先权GFP_ATOMIC。
不要过于频繁地用kmalloc在内核堆中分配空间，因为在分配空间时可能有中断到来，这样是不安全的。在驱动中建立另一个链表用于回收使用过的缓冲块。在驱动中用free_1ist作为回收缓冲块的链表头：
struct list_head free_list；
这样就存在两个链表：一个是装载着数据的链表，一个是已经使用过的缓冲块的链表(称为自由链表)。那么只要自由链表中还有表项，在需要缓冲块时就可以直接从自由链表中取出一个使用，而不用kmalloc再去分配。
2.4 阻塞型I／O和自旋锁的使用
在驱动程序中，read的工作是将内核缓冲区中拷贝到用户空间。在进行这种操作时有两种情况是应该注意的：
①当read时发现读链表是空，也就是还没有数据可读。
这种情况下，可以让read立即返回一EAGAIN，告知用户进程没有读到数据；另一个办法就是实现阻塞型I／O，在没有数据可读时让用户进程进入睡眠状态并等待数据。
有几种处理和唤醒的方法，都要处理同一个基本的数据类型——等待队列(walt_queue_head_t)，就是由正在等待某事件发生的进程组成的一个队列。使用之前必须声明和初始化，在驱动程序中是如下声明的：
wait_queue_head_t read_Jqueue;
init_waitqueue_head(＆read_queue)；
可以调用如下函数之一让进程进入睡眠状态：
void wait_evet(wait_queue_head_ queue，int condition);
int wait_evem_interruptible(Walt_queue_hean_t queue，int condition)；
这两个函数把等待事件和测试事件是否发生合并起来。调用之后，进程会一直睡眠到C布尔表达式condition为真时为止。在驱动中的read函数中，判断读链表为空，就调用它进入睡眠：
while(1ist_efnpty(＆read_list)){
If(filp一>f_flags δO_NoNBLOCK)／*如果设置成非阻塞I／o*／
return—EAGAIN;
; if(wait_evert_interruptible(read_queue，!list_empty(δread_list))) return—ERESTARTSYS；
}
对应上面的函数，要唤醒进程可以调用下面的函数：
wake_up(wait_queue_gead_t*queue)；
wake_up_jnterruptlbk(wait_queue_head_t*queue)；
驱动程序应该在数据到来后及时唤醒进程，也就是从FIFO读取数据后，在退出底半部处理程序前执行：
wake_up_mterIuptible(＆read_queue);
要指出的是被唤醒并不保证等待的事件发生了，所以从睡眠态返回后，应该循环测试condition。
②当read操作正在访问某一个链表时，底半程序也要访问同一个链表。这样是比较危险的，应该避免。
为了避免这种情况的发生，这里使用自旋锁。在read操作访问链表前获得锁，访问结束时解锁。底半部要访问链表时先要检查自旋锁是否已上锁，如果有，则等 待到锁可用。
自旋锁使用类型sPINlock_t来描述。自旋锁被声明和初始化为不加锁状态方式如下：
spinlock_t1ist_10ck=SPIN_LoCK_UNLOCKED；
处理自旋锁的函数如下：
spill_1ock_bh(SPLLalock-t*1ock)；
spin_unloek_bh(splnlock_t*lock)；
这里使用获得自旋锁并且阻止底半部执行的函数，就可以完全保证底半部程序不会在read操作访问链表时来访问链表。程序中如下实现：
spln_lock_bh(＆list_lock)；
list_del(readl)； ／*将使用后的缓冲块从读链表中删除*／
list_add_tail(readI，＆free_list)；／*将使用后的缓冲块插入自由链表中*／
spin_unlock_bh(＆list_lock)；
2.5 中断驱动 的I／O
至此，可以完整地描述ARM与FPGA之间数据流动的过程：当FPGA的一个FIFO满后，向ARM发出中断，ARM进入中断处理程序后，读取FPGA中的FlFO状态寄存器(fpga_imf)的值，然后把一个任务插到立即队列(tq_imrnediate)中，启动底半部分(BH)，同时将FIFO) 状态寄存器的值传递给底半部分处理程序(fpga_bh)，完成这些工作后退出中断处理程序。进入底半部分处理程序后，根据FIFO状态寄存器的值确定要处理的F1F0。从FIFO中将数据读出存人到内核缓冲块中，这个缓冲块可能是从自由队列(free_list)中取出来的一个。如果自由队列中是空的，就新分配一个缓冲块。接下来将填好的缓冲块加到读队列(read-list)中，并唤醒睡眠的进程，这样底半部分的工作也完成了。当用户进程对FPGA设备进行读操作时，驱动中的read函数检查读链表。如果读链表为空，则进入睡眠并等待数据到来。有数据后将从读队列中取出的缓冲块的数据拷贝到用户空间，然后将使用过的缓冲块插到自由队列中，等待以后再次使用。内核缓冲区的操作过程如图3所示。图3上半部分是在底半部分程序中，下半部分是在read函数中。
结语
连续数据流设备在 uClinux 下的驱动，通常会用到中断机制。本文讨论的中断驱动的I／O式为这种应用提供了一种实用的方法。文中所涉及的链表、阻塞型I／O、自旋锁等技术在驱动程序的开发中也经常得到使用。
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