linux驱动开发之路（二）—— 按键中断（misc设备）
实验内容介绍见《GEC210嵌入式系统开发教材20131120（更新）》第93页--“5.3 嵌入式 Linux 下的按键中断实验”
5.3 嵌入式 Linux 下的按键中断实验
1、 掌握基本的字符设备的驱动程序设计。
2、 掌握基本的文件操作。
3、 掌握在操作系统下普通 IO 端口的使用方法。
4、 掌握内核中断、定时器及等待队列的使用。
1、 阅读 S5PV210 的数据手册,熟悉 IO 端口及中断的原理。
2、 编写独立按键的应用程序。
3、 编写 makefile 文件。
4、 下载并调试独立按键应用程序。
1、 C 语言基础知识.
2、 Linux 下常用命令的使用及 vim 编辑器的使用。
3、 程序调试的基本知识和方法。
4、 ARM 应用程序的基本架构。
1、 硬件:GEC210 开发板
2、 软件:PC 操作系统 ubuntu10.04、minicom、arm-linux-gcc 交叉编译环境。
1、 硬件原理:
a) 原理图:
由硬件原理图可知按键分别接在 KP_COL0---KP_COL3 和 KP_ROW0---KP-ROW3 上即是 GPH2 0-3)
(和 GPH3(0-3)上。
b) 寄存器简介:
GPH2 包含四个寄存器用于控制 IO 端口的功能,包括 GPH2CON、GPH2DAT、GPH2DRV、GPH2PUD。(GPH3 包含类似寄存器,详细请查看 S5PV210 数据手册)
GPH2CON 用 于 设 置 GPH2 的 功 能 , 例 如 GPH2CON0[0:3] 为 0b0000 时 GPH2[0] 作 为 输 入 ;
GPH2CON0[0:3] 为 0b0001 时 GPH2[0] 作 为 输 出 端 口 ; GPH2CON0[0:3] 为 0b0010 时 为 保 留 未 用 ;
GPH2CON0[0:3] 为 0b0011 时 作 为 按 键 的 列 ; GPH2CON0[0:3] 为 0b0011~0b1110 保 留 未 使 用 ;
GPH2CON0[0:3]为 0b1111 时 GPH2[0]作为外部中断使用。
(GPH3CON 功能类似,这里不再赘述,详细请查看S5PV210数据手册)
GPH2DAT[7:0]: 当 GPH2CON 将 GPH2 设置成输入模式时,GPH2DAT 相应的位对应着引脚的状态;
当 GPH2CON 将 GPH2 设置成输出模式是,GPH2DAT 相应的位和引脚的状态一致。 GPH2CON 将 GPH2当设置成其他功能模式时,GPH2DAT 相应的位的状态是未知的。GPH2PUD 用于设置 GPH2 IO 端口的上拉电阻 0b00 禁止上拉/下拉电阻;0b01 禁止下拉电阻;0b10禁止上拉电阻;0b11 保留未使用。
实验原理:
1、
该驱动设计为一个字符设备。9个 GPIO 引脚设置为外部中断引脚,双边沿触发(上升沿和下降沿均触发信号)。向系统注册的两个中断,调用共同的中断处理函数。当有键按下时,在中断中查询引脚状态,以确定是哪个 GPIO 脚被按下。
2、 注册中断处理函数,驱动程序可以通过下面的函数注册并激活一个中断处理程序,以便中断:
int request_irq(unsigned int irq, irqreturn_t (*handler)(int, void *, struct pt_regs *), unsigned long irq_flags, const char * devname, void *dev_id)
第一个参数 irg 表示要分配的中断号。对某些设备,如传统 PC 设备上的系统时钟或键盘,这个值通常是预先设定死的。而对于大多数其他设备来说,这个值要么是可以通过探测获取,要么可以动态确定。
第二个参数 handler 是一个指针,指向处理这个中断的实际中断处理程序。只要操作系统一接收到中断,该函数就被调用。要注意,handler 函数的原型是特定的——它接受三个参数,并有一个类型为 irqreturn_t的返回值。我们将在本章随后的部分讨论这个函数。
第三个参数 irqflags 可以为 0,也可能是下列一个或多个标志的位掩码:
IRQF_DISABLED:
此 标 志 表 明 给 定 的 中 断 处 理 程 序 是 一 个 快 速 中 断 处 理 程 序 ( fast interrupt handler)。过去,Linux 将中断处理程序分为快速和慢速两种。那些可以迅速执行但调用频率可能会很高的中断服务程序,会被贴上这样的标签。通常这样做需要修改中断处理程序的行为,使它们能够尽可能快地执行。现在,加不加此标志的区别只剩下一条了:在本地处理器上,快速中断处理程序在禁止所有中断的情况下运行。这使得快速中断处理程序能够不受其他中断干扰,得以迅速执行。而缺省情况下(没有这个标志),除了正运行的中断处理程序对应的那条中断线被屏蔽外,其他所有中断都是激活的。除了时钟中断外,绝大多数中断都不使用标志。
IRQF_SAMPLE_RANDOM:
此标志表明这个设备产生的中断对内核熵池(entropy pool)有贡献。内核熵池负责提供从各种随机事件导出的真正的随机数。如果指定了该标志,那么来自该设备的中断间隔时间就会作为墒填充到熵池。如果你的设备以预知的速率产生中断(比如系统定时器),或者可能受外部攻击者(例如连网设备)的影响,那么就不要设置这个标志。相反,有其他很多硬件产生中断的速率是不可预知的,所以都能成为一种较的熵源。关于内核熵池更多的信息。请参考附录 C。
IRQF_SHARED:
此标志表明可以在多个中断处理程序之间共享中断线。在同一个给定线上注册的每个处理程序必须指定这个标志;否则,在每条线上只能有一个处理程序。有关共享中断处理程序的更多信息将在下面的小节中提供。
第四个参数 devname 是与中断相关的设备的 ASCII 文本表示法。例如,PC 机上键盘中断对应的这个值为“keyboard”。这些名字会被/proc/irq 和/proc/interrupt 文件使用,以便与用户通信。
第五个参数 dev_id 主要用于共享中断线 request_irq()成功执行会返回 0。如果返回非 0 值,就表示有犯错误发生,在这种情况下,指定的中断处理程序不会被注册。最常见的错误是-EBUSY,它表示给定的中断线已经在使用(或者当前用户或者你没有指定 SA_SHIRQ)。
释放中断处理线,可以调用 void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)
中断处理程序的返回值是一个特殊类型:irqreturn_t。中断处理程序可能返回两个特殊的值:IRQ_NONE和 IRQ_HANDLED。
3、 内核定时器的使用:
定时器由结构 time_list 表示,定义在文件
struct timer_list{
struct list_head entry; /*包含定时器的链表*/
unsigned long expires; /*以jiffies为单位的定时值*/
spinlock_t lock; /*保护定时器的锁*/
void (*function)(unsigned long);/*定时器处理函数*/
unsigned long data; /*传给处理函数的长整形参数*/
struct tvec_t_base_s *base;/*定时器内部值,用户不要使用*/
};
幸运的是,使用定时器并不需要深入了解该数据结构。事实上,过深的陷入该结构,反而会使你的代码不能保证对可能发生的变化提供支持。内核提供了一组与定时器相关的接口用来简化管理定时器的操作。所有这些接口都声明在文件
创建定时器时需要先定义它:
struct timer_list my_timer;
接着需要通过一个辅助函数初始化定时器数据结构的内部值,初始化必须在使用其他定时器管理函数对定时器进行操作前完成。
Init_timer(&my_timer);
现在你可以填充结构中需要的值了:
my_timer.expires=jiffies+delay; /*定时器超时时的节拍数*/
my_timer.data=0; /*给定时器处理函数传入0值*/
my_timer.function=my_function; /*定时器超时时调用的函数*/
my_timet.expires 表示超时时间,它是以节拍为单位的绝对计数值。如果当前 jiffies 计数等于或大于
my_timet.expires,那么 my_timer.function 指向的处理函数就会开始执行,另外该函数还要使用长整型参数
my_timer.data。所以正如我们从 timer_list 结构看到的形式,处理函数必须符合下面的函数原形:
void my_timer_function (unsigned long data);
data 参数使你可以利用同一个处理函数注册多个定时器,只需通过该参数就能区别对待它们。如果你不需要这个参数,可以简单地传递 0(或任何其他值)给处理函数。
最后,你必须激活定时器:
add_timer(&my_timer);
有时可能需要更改已经激活的定时器超时时间,所以内核通过函数 mod_timer()来实现该功能,该函数可以改变指定的定时器超时时间:
mod_timer (&my_timer,jiffies+mew_delay);
mod_timer()函数也可操作那些已经初始化,但还没有被激活的定时器,如果定时器未被激活,Mod_timer()会激活它。如果调用时定时器未被激活,该函数返回 0;否则返回 1。但不论哪种情况,一旦从 mod_timer()函数返回,定时器都将被激活而且设置了新的定时值。
如果需要在定时器超时前停止定时器,可以使用 del_timer()函数:
del_timer(&my_timer);
被激活或未被激活的定时器都可以使用该函数,如果定时器还未被激活,该函数返回 0;否则返回 1。
4、 睡眠和唤醒
当进程等待事件(可以是输入数据,子进程的终止或是其他什么)时,它需要进入睡眠状态以便其他进程可以使用计算资源。你可以调用如下函数之一让进程进入睡眠状态:
void interruptible_sleep_on(struct wait_queue **q);
void sleep_on(struct wait_queue **q);
int wait_event_interruptible(wait_queue_head_t q, int condition);
然后用如下函数之一唤醒进程:
void wake_up(struct wait_queue **q);
void wake_up_interruptible(struct wait_queue **q);
5、 驱动代码简析(详细代码请查看附件)
驱动代码：
< driver / button_driver.c >
/*
**
**This is a button driver.
**The author is Alan.
**
*/
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define DEVICE_NAME "buttons"//设备名称
struct button_desc {
int gpio;
int number;
char *name;
struct timer_list timer;
};
static struct button_desc buttons[]={// 设备中断号和名称
{ S5PV210_GPH2(0), 0, "KEY0" },
{ S5PV210_GPH2(1), 1, "KEY1" },
{ S5PV210_GPH2(2), 2, "KEY2" },
{ S5PV210_GPH2(3), 3, "KEY3" },
{ S5PV210_GPH3(0), 4, "KEY4" },
{ S5PV210_GPH3(1), 5, "KEY5" },
{ S5PV210_GPH3(2), 6, "KEY6" },
{ S5PV210_GPH3(3), 7, "KEY7" },
};
static volatile char key_values[]={
'0','0','0','0','0','0','0','0'
};
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);//声明一个等待队列并初始化
static volatile int ev_press = 0;
static void gec210_buttons_timer(unsigned long _data)
{
struct button_desc *bdata = (struct button_desc *)_data;
int down;
int number;
unsigned tmp;
tmp=gpio_get_value(bdata->gpio);
/* active low */
down=!tmp;
printk("KEY %d: %08x\n",bdata->number,down);
number=bdata->number;
if(down != (key_values[number] & 1))//down为0，确定按键被按下
{
key_values[number]='0'+down;
ev_press =1;
wake_up_interruptible(&button_waitq);//唤醒等待队列
}
}
static irqreturn_t button_interrupt(int irq,void *dev_id)//中断处理函数
{
struct button_desc *bdata =(struct button_desc *)dev_id;
mod_timer(&bdata->timer,jiffies+msecs_to_jiffies(40));
return IRQ_HANDLED;//return 1
}
static int gec210_buttons_open(struct inode *inode,struct file *file)
{
int irq;
int i;
int err;
for(i=0;i=0;i--)
{
if(!buttons[i].gpio)
continue;
irq=gpio_to_irq(buttons[i].gpio);
disable_irq(irq);//禁止中断
free_irq(irq,(void *)&buttons[i]);//释放中断
del_timer_sync(&buttons[i].timer);//清楚定时器
}
return -EBUSY;
}
ev_press = 1;
return 0;
}
static int gec210_buttons_close(struct inode *inode,struct file *file)
{
int irq,i;
for(i=0;if_flags & O_NONBLOCK)
return -EAGAIN;
else
wait_event_interruptible(button_waitq,ev_press);
}
ev_press =0;
err = copy_to_user((void *)buffer,(const void*)(&key_values),
min(sizeof(key_values),count));
return err ? -EFAULT :min(sizeof(key_values),count);
}
static unsigned int gec210_buttons_poll(struct file *file,
struct poll_table_struct *wait)
{
unsigned int mask = 0;
poll_wait(file,&button_waitq,wait);//查询有无按键中断
if(ev_press)
mask |= POLLIN | POLLRDNORM;//有数据可读\有普通数据可读
return mask;
}
static struct file_operations dev_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = gec210_buttons_open,
.release = gec210_buttons_close,
.read = gec210_buttons_read,
.poll = gec210_buttons_poll,
};
static struct miscdevice misc = {
.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
.name = DEVICE_NAME,
.fops = &dev_fops,
};
static int __init button_dev_init(void)
{
int ret;
ret = misc_register(&misc);//注册misc设备
printk(DEVICE_NAME "\tinitialized\n");
return ret;
}
static void __exit button_dev_exit(void)
{
misc_deregister(&misc);//注销misc设备
}
module_init(button_dev_init);
module_exit(button_dev_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("ALAN");
< driver / Makefile >
ifneq ($(KERNELRELEASE),)
obj-m :=button_driver.o
else
module-objs :=button_driver.o
KERNELDIR :=/home/gec/linux_kernel/linux2.6.35.7/
PWD :=$(shell pwd)
default:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules
endif
clean:
$(RM) *.ko *.mod.c *.mod.o *.o *.order *.symvers *.cmd测试应用程序代码：
< app / button_test.c >
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#define ARRY_SIZE(x) (sizeof(x)/sizeof(x[0]))
int main(int argc,char **argv)
{
int button_fd;
char current_button_value[8]={0};//板载八个按键 key2-9
char prior_button_value[8]={0};//用于保存按键的前键值
button_fd = open("/dev/buttons",O_RDONLY);
if(button_fd < 0)
{
perror("open device :");
exit(1);
}
while(1)
{
int i;
if(read(button_fd,current_button_value,
sizeof(current_button_value))!=sizeof(current_button_value))
{
perror("read buttons:");
exit(1);//exit(0) 表示程序正常, exit(1)/exit(-1)表示程序异常退出,exit() 结束当前进程/当前程序/，在整个程序中，只要调用 exit ，就结束
}
for(i=0;i < app / Makefile >
Exec := button_test
Obj := button_test.c
CC := arm-linux-gcc
$(Exec) : $(Obj)
$(CC) -o $@ $(Obj) $(LDLIBS$(LDLIBS-$(@)))
clean:
rm -vf $(Exec) *.elf *.o测试结果：