嵌入式linux/鸿蒙开发板(IMX6ULL)开发(三十三)APP怎么读取按键值

简介: 嵌入式linux/鸿蒙开发板(IMX6ULL)开发(三十三)APP怎么读取按键值

1.APP怎么读取按键值


APP读取按键值,需要有按键驱动程序。 为什么要讲按键驱动程序? APP去读按键的方法有4种:

① 查询方式

② 休眠-唤醒方式

③ poll方式

④ 异步通知方式


通过这4种方式的学习,我们可以掌握如下知识:


① 驱动的基本技能:中断、休眠、唤醒、poll等机制。这些基本技能是驱动开发的基础,其他大型驱动复杂的地方是它的框架及设计思想,但是基本技术就这些。

② APP开发的基本技能:阻塞 、非阻塞、休眠、poll、异步通知。


1.1 妈妈怎么知道孩子醒了


1670920217011.jpg

妈妈怎么知道卧室里小孩醒了?

① 时不时进房间看一下:查询方式 简单,但是累

② 进去房间陪小孩一起睡觉,小孩醒了会吵醒她:休眠-唤醒

不累,但是妈妈干不了活了

③ 妈妈要干很多活,但是可以陪小孩睡一会,定个闹钟:poll方式 要浪费点时间,但是可以继续干活。

妈妈要么是被小孩吵醒,要么是被闹钟吵醒。

④ 妈妈在客厅干活,小孩醒了他会自己走出房门告诉妈妈:异步通知 妈妈、小孩互不耽误。

这4种方法没有优劣之分,在不同的场合使用不同的方法。


1.2 APP读取按键的4种方法


跟上述生活场景类似,APP去读取按键也有4种方法:

① 查询方式

② 休眠-唤醒方式

③ poll方式

④ 异步通知方式

第2、3、4种方法,都涉及中断服务程序。中断,就像小孩醒了会哭闹一样,中断不经意间到来,它会做某些事情:唤醒APP、向APP发信号。

所以,在按键驱动程序中,中断是核心。 实际上,中断无论是在单片机还是在Linux中都很重要。在Linux中,中断的知识还涉及进程、线程等。


1.2.1 查询方式


这种方法最简单:时不时进房间看一下

1670920230262.jpg

驱动程序中构造、注册一个file_operations结构体,里面提供有对应的open,read函数。

APP调用open时,导致驱动中对应的open函数被调用,在里面配置GPIO为输入引脚。APP调用read时,导致驱动中对应的read函数被调用,它读取寄存器,把引脚状态直接返回给APP。


1.2.2 休眠-唤醒方式

1670920243548.jpg

驱动程序中构造、注册一个file_operations结构体,里面提供有对应的open,read函数。

APP调用open时,导致驱动中对应的open函数被调用,在里面配置GPIO为输入引脚;并且注册GPIO的中断处理函数。

APP调用read时,导致驱动中对应的read函数被调用,如果有按键数据则直接返回给APP;否则APP在内核态休眠。

当用户按下按键时,GPIO中断被触发,导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据,并唤醒休眠中的APP。

APP被唤醒后继续在内核态运行,即继续执行驱动代码,把按键数据返回给APP(的用户空间)。


1.2.3 poll方式


上面的休眠-唤醒方式有个缺点:如果用户一直没操作按键,那么APP就会永远休眠。 我们可以给APP定个闹钟,这就是poll方式。

1670920256027.jpg

驱动程序中构造、注册一个file_operations结构体,里面提供有对应的open,read,poll函数。

APP调用open时,导致驱动中对应的open函数被调用,在里面配置GPIO为输入引脚;并且注册GPIO的中断处理函数。

APP调用poll或select函数,意图是“查询”是否有数据,这2个函数都可以指定一个超时时间,即在这段时间内没有数据的话就返回错误。这会导致驱动中对应的poll函数被调用,如果有按键数据则直接返回给APP;否则APP在内核态休眠一段时间。

当用户按下按键时,GPIO中断被触发,导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据,并唤醒休眠中的APP。

如果用户没按下按键,但是超时时间到了,内核也会唤醒APP。

所以APP被唤醒有2种原因:用户操作了按键,超时。被唤醒的APP在内核态继续运行,即继续执行驱动代码,把“状态”返回给APP(的用户空间)。

APP得到poll/select函数的返回结果后,如果确认是有数据的,则再调用read函数,这会导致驱动中的read函数被调用,这时驱动程序中含有数据,会直接返回数据。


1.2.4 异步通知方式


1.2.4.1 异步通知的原理:发信号

1670920275795.jpg

异步通知的实现原理是:内核给APP发信号。信号有很多种,这里发的是SIGIO。

驱动程序中构造、注册一个file_operations结构体,里面提供有对应的open,read,fasync函数。

APP调用open时,导致驱动中对应的open函数被调用,在里面配置GPIO为输入引脚;并且注册GPIO的中断处理函数。

APP给信号SIGIO注册自己的处理函数:my_signal_fun。

APP调用fcntl函数,把驱动程序的flag改为FASYNC,这会导致驱动程序的fasync函数被调用,它只是简单记录进程PID。

当用户按下按键时,GPIO中断被触发,导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据,然后给进程PID发送SIGIO信号。

APP收到信号后会被打断,先执行信号处理函数:在信号处理函数中可以去调用read函数读取按键值。

信号处理函数返回后,APP会继续执行原先被打断的代码。


1.2.4.2 应用程序之间发信号示例代码


使用GIT下载所有源码后,本节源码位于如下目录:

01_all_series_quickstart\
05_嵌入式Linux驱动开发基础知识\source\03_signal_example


代码并不复杂,如下。 第13行注册信号处理函数,第15行就是一个无限循环。在它运行期间,你可以用另一个APP发信号给它。

01 #include <stdio.h>
02 #include <unistd.h>
03 #include <signal.h>
04 void my_sig_func(int signo)
05 {
06     printf("get a signal : %d\n", signo);
07 }
08
09 int main(int argc, char **argv)
10 {
11     int i = 0;
12
13     signal(SIGIO, my_sig_func);
14
15     while (1)
16     {
17         printf("Hello, world %d!\n", i++);
18         sleep(2);
19     }
20
21     return 0;
22 }


在Ubuntu上的测试方法:

$ gcc   -o   signal  signal.c   // 编译程序
$ ./signal &                   // 后台运行
$ ps  -A | grep signal          // 查看进程ID,假设是9527
$ kill  -SIGIO  9527           // 给这个进程发信号


1.2.5 驱动程序提供能力,不提供策略


我们的驱动程序可以实现上述4种提供按键的方法,但是驱动程序不应该限制APP使用哪种方法。

这就是驱动设计的一个原理:提供能力,不提供策略。就是说,你想用哪种方法都行,驱动程序都可以提供;但是驱动程序不能限制你使用哪种方法。

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