[系统运维] 嵌入式Linux开发24——Linux 按键输入实验

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[系统运维]嵌入式Linux开发24——Linux 按键输入实验

文章目录

??之前章我们都是使用的 GPIO 输出功能，还没有用过 GPIO 输入功能，本章我们就来学习一下如果在 Linux 下编写 GPIO 输入驱动程序，我们使用上一篇博客讲述的原子操作来对按键值进行保护。

Linux 下按键驱动原理

??按键驱动和 LED 驱动原理上来讲基本都是一样的，都是操作 GPIO，只不过一个是读取GPIO 的高低电平，一个是从 GPIO 输出高低电平。本文我们实现按键输入，在驱动程序中使用一个整形变量来表示按键值，应用程序通过 read 函数来读取按键值，判断按键有没有按下。在这里，这个保存按键值的变量就是个共享资源，驱动程序要向其写入按键值，应用程序要读取按键值。所以我们要对其进行保护，对于整形变量而言我们首选的就是原子操作，使用原子操作对变量进行赋值以及读取。 Linux 下的按键驱动原理很简单，接下来开始编写驱动。
??注意，本篇文章内容只是为了演示 Linux 下 GPIO 输入驱动的编写，实际中的按键驱动并不会采用本文中所讲解的方法， Linux 下的 input 子系统专门用于输入设备！

程序编写

1.修改设备树文件

1.1 添加 pinctrl 节点

??开发板上的KEY 使用了 UART1_CTS_B 这个 PIN，打开 imx6ull-14x14-evk.dts，在 iomuxc 节点的 imx6ul-evk 子节点下创建一个名为“pinctrl_key”的子节点，节点内容如下所示：

pinctrl_key: keygrp {
  fsl,pins = <
  MX6UL_PAD_UART1_CTS_B__GPIO1_IO18 0xF080 /* KEY0 */
  >;
  };

1.2 添加 KEY 设备节点

??在根节点“/”下创建 KEY 节点，节点名为“key”，节点内容如下：

key {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "atkalpha-key";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_key>;
key-gpio = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>; /* KEY0 */
status = "okay";
};

1.3 检查 PIN 是否被其他外设使用

??在本文实验中蜂鸣器使用的 PIN 为 UART1_CTS_B，因此先检查 PIN 为 UART1_CTS_B 这个 PIN 有没有被其他的 pinctrl 节点使用，如果有使用的话就要屏蔽掉，然后再检查 GPIO1_IO18这个 GPIO 有没有被其他外设使用，如果有的话也要屏蔽掉。
??设备树编写完成以后使用“ make dtbs”命令重新编译设备树，然后使用新编译出来的imx6ull-14x14-evk.dtb 文件启动 Linux 系统。启动成功以后进入“/proc/device-tree”目录中查看“key”节点是否存在，如果存在的话就说明设备树基本修改成功(具体还要驱动验证)，结果如图所示：
在这里插入图片描述

2.按键驱动程序编写

#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>

#define KEY_CNT			1		/* 设备号个数 	*/
#define KEY_NAME		"key"	/* 名字 		*/

/* 定义按键值 */
#define KEY0VALUE		0XF0	/* 按键值 		*/
#define INVAKEY			0X00	/* 无效的按键值  */

/* key设备结构体 */
struct key_dev{
	dev_t devid;			/* 设备号 	 */
	struct cdev cdev;		/* cdev 	*/
	struct class *class;	/* 类 		*/
	struct device *device;	/* 设备 	 */
	int major;				/* 主设备号	  */
	int minor;				/* 次设备号   */
	struct device_node	*nd; /* 设备节点 */
	int key_gpio;			/* key所使用的GPIO编号		*/
	atomic_t keyvalue;		/* 按键值 		*/	
};

struct key_dev keydev;		/* key设备 */

/*
 * @description	: 初始化按键IO，open函数打开驱动的时候
 * 				  初始化按键所使用的GPIO引脚。
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static int keyio_init(void)
{
	keydev.nd = of_find_node_by_path("/key");
	if (keydev.nd== NULL) {
		return -EINVAL;
	}

	keydev.key_gpio = of_get_named_gpio(keydev.nd ,"key-gpio", 0);
	if (keydev.key_gpio < 0) {
		printk("can't get key0\r\n");
		return -EINVAL;
	}
	printk("key_gpio=%d\r\n", keydev.key_gpio);
	
	/* 初始化key所使用的IO */
	gpio_request(keydev.key_gpio, "key0");	/* 请求IO */
	gpio_direction_input(keydev.key_gpio);	/* 设置为输入 */
	return 0;
}

/*
 * @description		: 打开设备
 * @param - inode 	: 传递给驱动的inode
 * @param - filp 	: 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
 * 					  一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int key_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	int ret = 0;
	filp->private_data = &keydev; 	/* 设置私有数据 */

	ret = keyio_init();				/* 初始化按键IO */
	if (ret < 0) {
		return ret;
	}

	return 0;
}

/*
 * @description		: 从设备读取数据 
 * @param - filp 	: 要打开的设备文件(文件描述符)
 * @param - buf 	: 返回给用户空间的数据缓冲区
 * @param - cnt 	: 要读取的数据长度
 * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移
 * @return 			: 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
 */
static ssize_t key_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	int ret = 0;
	int value;
	struct key_dev *dev = filp->private_data;

	if (gpio_get_value(dev->key_gpio) == 0) { 		/* key0按下 */
		while(!gpio_get_value(dev->key_gpio));		/* 等待按键释放 */
		atomic_set(&dev->keyvalue, KEY0VALUE);	
	} else {	
		atomic_set(&dev->keyvalue, INVAKEY);		/* 无效的按键值 */
	}

	value = atomic_read(&dev->keyvalue);
	ret = copy_to_user(buf, &value, sizeof(value));
	return ret;
}

/*
 * @description		: 向设备写数据 
 * @param - filp 	: 设备文件，表示打开的文件描述符
 * @param - buf 	: 要写给设备写入的数据
 * @param - cnt 	: 要写入的数据长度
 * @param - offt 	: 相对于文件首地址的偏移
 * @return 			: 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
 */
static ssize_t key_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
	return 0;
}

/*
 * @description		: 关闭/释放设备
 * @param - filp 	: 要关闭的设备文件(文件描述符)
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
static int key_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
	return 0;
}

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations key_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.open = key_open,
	.read = key_read,
	.write = key_write,
	.release = 	key_release,
};

/*
 * @description	: 驱动入口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static int __init mykey_init(void)
{
	/* 初始化原子变量 */
	atomic_set(&keydev.keyvalue, INVAKEY);

	/* 注册字符设备驱动 */
	/* 1、创建设备号 */
	if (keydev.major) {		/*  定义了设备号 */
		keydev.devid = MKDEV(keydev.major, 0);
		register_chrdev_region(keydev.devid, KEY_CNT, KEY_NAME);
	} else {						/* 没有定义设备号 */
		alloc_chrdev_region(&keydev.devid, 0, KEY_CNT, KEY_NAME);	/* 申请设备号 */
		keydev.major = MAJOR(keydev.devid);	/* 获取分配号的主设备号 */
		keydev.minor = MINOR(keydev.devid);	/* 获取分配号的次设备号 */
	}
	
	/* 2、初始化cdev */
	keydev.cdev.owner = THIS_MODULE;
	cdev_init(&keydev.cdev, &key_fops);
	
	/* 3、添加一个cdev */
	cdev_add(&keydev.cdev, keydev.devid, KEY_CNT);

	/* 4、创建类 */
	keydev.class = class_create(THIS_MODULE, KEY_NAME);
	if (IS_ERR(keydev.class)) {
		return PTR_ERR(keydev.class);
	}

	/* 5、创建设备 */
	keydev.device = device_create(keydev.class, NULL, keydev.devid, NULL, KEY_NAME);
	if (IS_ERR(keydev.device)) {
		return PTR_ERR(keydev.device);
	}
	
	return 0;
}

/*
 * @description	: 驱动出口函数
 * @param 		: 无
 * @return 		: 无
 */
static void __exit mykey_exit(void)
{
	/* 注销字符设备驱动 */
	cdev_del(&keydev.cdev);/*  删除cdev */
	unregister_chrdev_region(keydev.devid, KEY_CNT); /* 注销设备号 */

	device_destroy(keydev.class, keydev.devid);
	class_destroy(keydev.class);
}

module_init(mykey_init);
module_exit(mykey_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("jiajia2020");

??结构体 key_dev 为按键的设备结构体，原子变量 keyvalue 用于记录按键值。函数 keyio_init 用于初始化按键，从设备树中获取按键的 gpio 信息，然后设置为输入。将按键的初始化代码提取出来，将其作为独立的一个函数有利于提高程序的模块化设计。
??key_read 函数，应用程序通过 read 函数读取按键值的时候此函数就会执行。读取按键 IO 的电平时，如果为 0 的话就表示按键按下了，如果按键按下的话就等待按键释放。按键释放以后标记按键值为KEY0VALUE。

3.编写测试 APP

#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"

/* 定义按键值 */
#define KEY0VALUE	0XF0
#define INVAKEY		0X00

/*
 * @description		: main主程序
 * @param - argc 	: argv数组元素个数
 * @param - argv 	: 具体参数
 * @return 			: 0 成功;其他 失败
 */
int main(int argc, char *argv[])
{
	int fd, ret;
	char *filename;
	int keyvalue;
	
	if(argc != 2){
		printf("Error Usage!\r\n");
		return -1;
	}

	filename = argv[1];

	/* 打开key驱动 */
	fd = open(filename, O_RDWR);
	if(fd < 0){
		printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}

	/* 循环读取按键值数据！ */
	while(1) {
		read(fd, &keyvalue, sizeof(keyvalue));
		if (keyvalue == KEY0VALUE) {	/* KEY0 */
			printf("KEY0 Press, value = %#X\r\n", keyvalue);	/* 按下 */
		}
	}

	ret= close(fd); /* 关闭文件 */
	if(ret < 0){
		printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
		return -1;
	}
	return 0;
}

??循环读取/dev/key 文件，也就是循环读取按键值，并且将按键值打印出来。

运行测试

??将编译出来的 key.ko 和 keyApp 这两个文件拷贝到 rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中，重启开发板，进入到目录 lib/modules/4.1.15 中，输入如下命令加载 key.ko 驱动模块：

depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe key.ko //加载驱动

??驱动加载成功以后如下命令来测试：

./keyApp /dev/key

??输入上述命令以后终端显示如图所示：
在这里插入图片描述
??按下开发板上的 KEY0 按键， keyApp 就会获取并且输出按键信息，如图所示：

??当我们按下 KEY0 以后就会打印出“KEY0 Press, value = 0XF0”，表示按键按下。但是有时候按下一次 KEY0 但是会输出好几行“KEY0 Press,value = 0XF0”，这是因为我们的代码没有做按键消抖处理。