蜕变成蝶~Linux设备驱动之按键设备驱动-阿里云开发者社区

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蜕变成蝶~Linux设备驱动之按键设备驱动

简介:   在上述的驱动系列博客中,我们已经了解了关于阻塞和非阻塞、异步通知、轮询、内存和I/O口访问、并发控制等知识,按键设备驱动相对来说是比较简单的,本章内容可以加深我们对字符设备驱动架构、阻塞与非阻塞、中断定时器等相关知识的理解。

  在上述的驱动系列博客中,我们已经了解了关于阻塞和非阻塞、异步通知、轮询、内存和I/O口访问、并发控制等知识,按键设备驱动相对来说是比较简单的,本章内容可以加深我们对字符设备驱动架构、阻塞与非阻塞、中断定时器等相关知识的理解。在嵌入式的系统中,按键的硬件原理简单,就是通过一个上拉电阻将处理器的外部中断引脚拉高,电阻的另一端接按钮并接地就可以实现。

1.按键的确认流程如下

2 按键驱动中的有关数据结构

2.1 按键设备结构体以及定时器

#define MAX KEY BUF 16 // 键缓冲区大小                                   
typedef unsigned char KEY RET; 

//设备结构体: 
typedef struct 
{                               
    unsigned int keyStatus[KEY NUM]; //4个 键的 键状态 
    KEY RET buf[MAX KEY BUF]; // 键缓冲区 
    unsigned int head, tail; // 键缓冲区头和尾 
    wait queue head t wq; //等待队列 
    struct cdev cdev;      //cdev 结构体   
} KEY DEV; 

static struct timer list key timer[KEY NUM];//4个 键去抖定时器 

2.2 按键硬件资源、键值信息结构体

 static struct key info 
      { 
               
        int irq no;      //中断号 
                          
        unsigned int gpio port; //GPIO端口 
                 
        int key no;     //键值 
          
      } key info tab [4] = 
      { 
         /* 键所使用的CPU 资源*/ 
        {  IRQ EINT10, GPIO G2, 1 
        } 
       , 
        { 
        
         IRQ EINT13, GPIO G5, 2 
        } 
       , 
        { 
            
         IRQ EINT14, GPIO G6, 3 
        } 
       , 
        { 
                    
         IRQ EINT15, GPIO G7, 4 
        } 
       , 
     }; 

2.3 按键设备驱动文件操作结构体

static struct file operations s3c2410 key fops = 
     { 
                 
       owner: THIS MODULE, 
                    
       open: s3c2410 key open,  //启动设备 
                     
       release: s3c2410 key release,  //关闭设备 
                    
       read: s3c2410 key read,  //读取 键的键值 
     }; 

3 按键设备的模块加载和卸载函数

3.1 加载函数

static int    init s3c2410 key init (void) 
      { 
        ...//申请设备号,添加cdev 
     
                 
        request irqs(); //注册中断函数 
        keydev .head = keydev .tail = 0; //初始化结构体 
                            
        for (i = 0; i < KEY NUM; i++) 
                                           
          keydev.keyStatus[i] = KEYSTATUS UP; 
          
        init waitqueue head (&(keydev .wq)); //等待队列 
      
       //初始化定时器,实现软件的去抖动 
                          
       for (i = 0; i < KEY NUM; i++) 
            
         setup timer (&key timer[i], key timer handler, i); 
       //把 键的序号作为传入定时器处理函数的参数 
     }

3.2 卸载函数

static void     exit s3c2410 key exit (void) 
     { 
            
       free irqs(); //注销中断 
       ...//释放设备号,删除cdev 
     } 

3.3 中断申请函数

/*申请系统中断,中断方式为下降沿触发*/ 
                           
      static int request irqs(void) 
      { 
                    
        struct key info *k; 
        int i; 
                              
        for (i= 0; i < sizeof(key info tab) / sizeof(key info tab [1]); i++) 
        { 
                
          k = key info tab + i; 
          
          set external irq (k->irq no, EXT LOWLEVEL, GPIO PULLUP DIS); 
                      //设置低电平触发 
                      
              if   (request irq (k->irq no,  &buttons irq,  SA INTERRUPT, 
    
DEVICE NAME, 
           i))  //申请中断,将 键序号作为参数传入中断服务程序 
         { 
           return  - 1; 
         } 
       } 
       return 0; 
     }

3.4 中断释放函数

/*释放中断*/ 
                        
      static void free irqs(void) 
      { 
                 
        struct key info *k; 
        int i; 
                            
        for (i= 0; i < sizeof(key info tab) / sizeof(key info tab [1]); i++) 
        { 
                 
          k = key info tab + i; 
            
          free irq (k->irq no, buttons irq); //释放中断 
       } 
     } 

4 按键设备驱动中断和定时器处理程序

  在按键按下之后,将发生中断,在中断处理程序中,应该先关闭中断进去查询模式,延时以消抖如下中断处理过程只有顶半部,没有底半部。

4.1 中断处理程序

static void s3c2410 eint key (int irq, void *dev id, struct pt regs 
*reg) 
     { 
                  
       int key = dev id; 
            
       disable irq (key info tab [key].irq no); //关中断,转入查询 式 
      
                                        
       keydev.keyStatus[key] = KEYSTATUS DOWNX;//状态为按下 
           _                     
       key timer [key].expires == jiffies + KEY TIMER DELAY1;//延迟 
  
       add timer (&key timer[key]); //启动定时器 
     } 

4.2 定时器处理流程

  按键按下时,该按键将记录字啊缓冲区,同时定时器启动延时,每次记录新的键值时,等待队列被唤醒,其代码如下。

//按键设备驱动的定时器处理函数
static void key timer handler (unsigned long data) 
      { 
        int key = data; 
        
        if (ISKEY DOWN (key)) 
        { 
                   
          if (keydev.keyStatus[key] == KEYSTATUS DOWNX) 
          //从中断进入 
          { 
                         
            keydev .keyStatus[key] = KEYSTATUS DOWN; 
             
           key timer[key].expires == jiffies + KEY TIMER DELAY; //延迟 
           keyEvent ();  //记录键值,唤醒等待队列 
            
           add timer(&key timer [key]); 
         } 
         else 
         { 
             
           key timer[key].expires == jiffies + KEY TIMER DELAY; //延迟 
             
           add timer(&key timer [key]); 
         } 
       } 
       else       //键已抬起 
       { 
                                             
         keydev.keyStatus[key] = KEYSTATUS UP; 
            
         enable irq (key info tab [key].irq no); 
       } 

5 打开和释放函数

  这里主要是设置keydev.head和keydev.tail还有按键事件函数指针keyEvent的值,按键设备驱动的打开、释放函数如下:

static int s3c2410 key open (struct inode *inode, struct file *filp) 
      { 
        keydev .head = keydev .tail = 0; //清空 键动作缓冲区 
                                                           
        keyEvent = keyEvent raw; //函数指针指向 键处理函数keyEvent raw 
        return 0; 
      } 
     
                         
       static int s3c2410 key release (struct inode *inode, struct file *filp) 
      { 
                          
       keyEvent = keyEvent dummy; //函数指针指向空函数 
       return 0;
   }

6 读函数

  读函数主要是提供对按键设备结构体缓冲区的读并复制到用户空间,当keydev.head != keydev.tail时,说明缓冲区有数据,使用copy_to_user()函数拷贝到用户空间,反之根据用户空间是阻塞还是非阻塞读分为以下两种情况:

  • 非阻塞读:没有按键缓存,直接返回- EAGAIN;
  • 阻塞读:在keydev.wq等待队列上睡眠,直到有按键记录 到缓冲区后被唤醒。
//按键设备驱动的读函数 

      static ssize t s3c2410 key read (struct file *filp,char *buf,ssize t 
count, 
            
        loff t*ppos) 
      { 
        retry: if (keydev.head != keydev .tail) 
        //当前循环队列中有数据 
        { 
              
          key ret = keyRead (); //读取按键 
               
          copy to user(..); //把数据从内核空间传送到用户空间 
        } 
       else 
       { 
                   
         if (filp->f flags &O NONBLOCK) 
         //若用户采用非阻塞方式读取 
         { 
           return  - EAGAIN; 
         } 
                      
         interruptible sleep on (&(keydev .wq)); 
           //用户采用阻塞方式读取,调用该函数使进程睡眠 
         goto retry; 
       } 
       return 0; 
     } 

  

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