哈工大嵌入式软硬件设计上机实验教程（三）-按键驱动实验

前言

这是哈工大嵌入式软硬件设计上机实验教程第三期按键驱动实验。

DC

点击这里查看往期教程

哈工大嵌入式软硬件设计上机实验教程（一）-ARM裸机程序开发实验-按键控制LED
哈工大嵌入式软硬件设计上机实验教程（二）-U-Boot、Linux 内核的系统移植实验
哈工大嵌入式软硬件设计上机实验教程（三）-按键驱动实验

Linux下的按键驱动实验

1.添加驱动节点及配置

在linux-smart210/drivers/char/目录下的kconfig文件中，添加本实验文件节点，例如：

config embedded_test
	tristate "Mini210 test"
	depends on CPU_S5PV210
	help
	  demo

Makefile中添加

obj-$(CONFIG_embedded_test)	+= embedded_test.o

2.编写驱动程序

建议辅助开发板pcb查找对应管脚gpio号。
可能需要用到的gpio相关函数：

void gpio_free(unsigned gpio) //释放gpio 资源 int
gpio_direction_input(unsigned gpio) //设置gpio 为输入 int
gpio_direction_output(unsigned gpio, int value) //设置gpio 为输出 void
gpio_set_value(unsigned gpio, int value) //设置gpio的值 int
gpio_set_debounce(unsigned gpio, unsigned debounce)
//设置gpio的消抖时间，主要用于按键消抖 int gpio_to_irq(unsigned gpio) //获取gpio对应的中断线路
int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long
flags, const char * name, void * dev) //gpio中断，当产生中断时调用handle函数 int
gpio_request(unsigned gpio, const char *label) //根据gpio
number申请gpio资源，label为gpio名称 int s3c_gpio_cfgpin (unsigned int pin,
unsigned int config) //设置GPIO的一个引脚的功能。

示例代码如下

代码命名为embedded_test.c

这里需要注意一下，这个代码是老师给的例程，功能是打印按键和跑马灯，需要自己写一个按键控制LED的驱动。

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
struct button_desc {
     
	int gpio;
	int number;
	char *name;	
	struct timer_list timer;
};
static struct button_desc buttons[] = {
     {
      S5PV210_GPH2(0), 0, "KEY0" },   {
      S5PV210_GPH2(1), 1, "KEY1" },   {
      S5PV210_GPH2(2), 2, "KEY2" },  {
      S5PV210_GPH2(3), 3, "KEY3" }};//按键gpio号
static int led_gpios[] = {
     S5PV210_GPJ2(0),S5PV210_GPJ2(1),S5PV210_GPJ2(2),S5PV210_GPJ2(3)};//LED灯gpio号
static volatile char key_values[] = {
     '0', '0', '0', '0'};//按键gpio值
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);//创建一个等待队列头
static volatile int ev_press = 0;//事件触发
static void mini210_buttons_timer(unsigned long _data){
     
	struct button_desc *bdata = (struct button_desc *)_data;
	unsigned tmp = gpio_get_value(bdata->gpio);//获取gpio值
	int down = !tmp;
	gpio_set_value(led_gpios[bdata->number], !down);//设置gpio值
	if (down != (key_values[bdata->number] & 1)) {
     
		key_values[bdata->number] = '0' + down;
		ev_press = 1;
		wake_up_interruptible(&button_waitq);
	}
}
static irqreturn_t button_interrupt(int irq, void *dev_id){
     
	struct button_desc *bdata = (struct button_desc *)dev_id;
	mod_timer(&bdata->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(40));
	return IRQ_HANDLED;
}
static void mini210_buttons_open(){
     
	int irq,i,err = 0;
	for (i = 0; i < 4; i++) {
     
		setup_timer(&buttons[i].timer, mini210_buttons_timer,(unsigned long)&buttons[i]);
		irq = gpio_to_irq(buttons[i].gpio);//获取gpio对应的中断
		err = request_irq(irq, button_interrupt, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, buttons[i].name, (void *)&buttons[i]);//中断申请
	}
	ev_press = 1;
}
static void mini210_buttons_close(){
     
	int irq, i;
	for (i = 0; i < 4; i++) {
     
		irq = gpio_to_irq(buttons[i].gpio);//获取gpio对应的中断
		free_irq(irq, (void *)&buttons[i]);//释放中断
		del_timer_sync(&buttons[i].timer);
	}
}
static struct file_operations dev_fops = {
     //文件操作集
	.open		= mini210_buttons_open,
	.release	= mini210_buttons_close, 
};
static struct miscdevice misc = {
     //混杂设别节点
	.minor		= MISC_DYNAMIC_MINOR,//设备号
	.name		= "buttons",//混杂设备名称
	.fops		= &dev_fops,//文件操作集
};
static int __init button_dev_init(void){
     //初始化
	int ret,i;
	for (i = 0; i < 4; i++) {
     
		ret = gpio_request(led_gpios[i], "LED");//申请gpio资源
		s3c_gpio_cfgpin(led_gpios[i], S3C_GPIO_OUTPUT);//设置gpio方向
		gpio_set_value(led_gpios[i], 1);//设置gpio值
	}
	ret = misc_register(&misc);//注册混杂设备节点
	return ret;
}
static void __exit button_dev_exit(void){
     //退出
	int i;
	for (i = 0; i < 4; i++)  gpio_free(led_gpios[i]);//释放gpio
	misc_deregister(&misc);//注销混杂设备节点
}
module_init(button_dev_init);//初始化
module_exit(button_dev_exit);//退出
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("FriendlyARM Inc.");

以下代码可以实现按键控制LED，用以替代上面代码，命名不变

#include 
#include 

#include 	/***字符设备当中主设备号为10的一类设备称为混杂设备miscdevice***/
#include 	/***file_operations***/

#include 	/***gpio定义***/

#include 	/***IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, IRQ_HANDLED***/
#include 	/***request_irq, free_irq***/

#include  /***timer_list, mod_timer, setup_timer, del_timer_sync |  
			     DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD, wake_up_interruptible, wait_event_interruptible***/

#include  /***copy_to_user***/

static volatile int ev_press = 0;//事件触发
static volatile char key_values[] = {
     '0', '0', '0', '0'};//按键缺省值
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);//创建一个等待队列

static int led_gpios[] = {
     S5PV210_GPJ2(0),S5PV210_GPJ2(1),S5PV210_GPJ2(2),S5PV210_GPJ2(3)};//LED灯gpio号
//按键信息
struct button_desc {
     
	int gpio;
	int number;
	char *name;	
	struct timer_list timer;	//定时器变量
};
static struct button_desc buttons[] = {
     {
      S5PV210_GPH2(0), 0, "KEY0" },   {
      S5PV210_GPH2(1), 1, "KEY1" },   {
      S5PV210_GPH2(2), 2, "KEY2" },  {
      S5PV210_GPH2(3), 3, "KEY3" }};//按键gpio号

//中断处理程序,不能使用会引起阻塞和调度的函数.
static irqreturn_t button_isr(int irqno, void *dev_id){
     

	struct button_desc *bdata = (struct button_desc *)dev_id;
	mod_timer(&bdata->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(40));	//启动定时器,超时时间40ms
//	printk("KEY %d: pressed!\n", bdata->number);

	return IRQ_HANDLED;
}

//超时操作函数
static void buttons_timer(unsigned long _data){
     
	struct button_desc *bdata = (struct button_desc *)_data;
	unsigned tmp = gpio_get_value(bdata->gpio);//获取按键gpio值
	int down = !tmp;
	gpio_set_value(led_gpios[bdata->number], !down);//设置LED管脚电平
	printk("KEY %d: %08x\n", bdata->number, down);

	/***现在只有驱动程序知道按键的状态,怎么让应用程序也知道呢?当应用程序向驱动程序发出读请求时,
		将启动一个wait_event进入休眠,在驱动程序检测到按键动作之后将其唤醒wake_up.***/
	if (down != (key_values[bdata->number] & 1)) {
     //检测按键电平是否翻转
		key_values[bdata->number] = '0' + down;
		ev_press = 1;	//唤醒条件
		wake_up_interruptible(&button_waitq); //唤醒等待队列,但只是加入到cpu调度中,并不一定会马上执行.
	}


}

static int button_open(struct inode *node, struct file *filp){
     
	int irq,i,err = 0;
	for (i = 0; i < 4; i++) {
     
		setup_timer(&buttons[i].timer, buttons_timer,(unsigned long)&buttons[i]); //初始化和注册定时器,buttons_timer为超时处理函数
		irq = gpio_to_irq(buttons[i].gpio);//获取按键对应的中断号
		/***注册中断int request_irq(unsigned int irq, void (*handler)(int, void*, struct pt_regs *), 
						unsigned long flags, const char *devname, void *dev_id); 
		: dev_id是传给ISR的参数,IRQ_TYPE_EDGE_BOTH双边沿触发***/
		err = request_irq(irq,button_isr,IRQ_TYPE_EDGE_BOTH,buttons[i].name, (void *)&buttons[i]);//申请中断	
	}
	printk("button_open!\n");
	return err;
}

static int button_close(struct inode *node, struct file *filp){
     
	int irq, i;
	for (i = 0; i < 4; i++) {
     
		irq = gpio_to_irq(buttons[i].gpio);//获取按键对应的中断
		free_irq(irq, (void *)&buttons[i]);//释放中断
		del_timer_sync(&buttons[i].timer);//删除定时器
	}
	return 0;
}

static int button_read(struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *offp)
{
     
	unsigned long err;

	if (!ev_press) {
     
		if (filp->f_flags & O_NONBLOCK)
			return -EAGAIN;
		else
			wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press); //增加一个阻塞事件,唤醒条件ev_press==1
	}

	ev_press = 0;

	err = copy_to_user((void *)buff, (const void *)(&key_values), min(sizeof(key_values), count));//从内核空间向用户空间拷贝数据

	return err ? -EFAULT : min(sizeof(key_values), count);
}

static struct file_operations dev_fops = {
     
	.open = button_open,
	.release = button_close,
	.read = button_read,
};

static struct miscdevice misc = {
     
	.minor = MISC_DYNAMIC_MINOR,
	.name = "buttons",
	.fops = &dev_fops,
//剩余的miscdevice结构体成员由内核自动完成初始化工作
};

void led_hw_init(void){
     
	int i,ret;
	for (i = 0; i < 4; i++) {
     
		ret = gpio_request(led_gpios[i], "LED");//申请gpio资源
		s3c_gpio_cfgpin(led_gpios[i], S3C_GPIO_OUTPUT);//设置gpio方向
		gpio_set_value(led_gpios[i], 1);//设置gpio值
	}
}	

//注册设备int misc_register(struct miscdevice *misc);
static int __init button_dev_init(void){
     
	
	led_hw_init();

	return misc_register(&misc);
	printk("button_init\n");
}

//注销设备
static void __exit button_dev_exit(void){
     
	int i;
	for (i = 0; i < 4; i++)  gpio_free(led_gpios[i]);//释放LED gpio
	misc_deregister(&misc);
	printk("button_exit\n");
}




module_init(button_dev_init);
module_exit(button_dev_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");	//此处不声明会报错: unknown symbal gpio_free

3.编辑内核选项

命令行输入

make menuconfig

进入内核编辑界面，进入

Device Drivers/Character devices

将Mini210 test配置成M(module)，同时将其上下的LED和Bottom也设置成M。

4.编译内核

命令行输入

sudo make uImage

这个环节时间可能有一点久。

5.编译驱动

命令行输入：

sudo make modules
make modules_install INSTALL_MOD_PATH=./modules

6.替换驱动和内核

将2G大小的文件系统盘挂载到/mnt

sudo mount /dev/sdb2 /mnt

删除sd卡中文件系统下的原有驱动文件，替换为新编译出的驱动文件。

# sudo rm -rf  /media/(文件系统分区挂载点) /lib/modules/3.0.8-FriendlyARM/*

sudo rm -rf  /mnt/lib/modules/3.0.8-FriendlyARM/*

# sudo cp -r modules/lib/modules/3.0.8-FriendlyARM/*  /media/(文件系统分区挂载点)/lib/modules/3.0.8-FriendlyARM/

sudo cp -r modules/lib/modules/3.0.8-FriendlyARM/*  /mnt/lib/modules/3.0.8-FriendlyARM/

卸载挂载

sudo umount /mnt -l

将100M大小的内核分区挂载到/mnt

sudo mount /dev/sdb1 /mnt

并用新生成的内核替换旧内核。

sudo rm -rf  /mnt/uImage
sudo cp arch/arm/boot/uImage  /mnt

卸载挂载

sudo umount /mnt -l

7.编写驱动启动代码。

将下面文件保存为test_key.c

#include 
#include 
#include 
#include 
#include 
int main()
{
     
	int i=0,ret=0,fd=-1;
	static char buff[8]={
     '0','0','0','0'};
	fd=open("/dev/buttons",0);
	while(1) {
     
		ret = read(fd, &buff, sizeof(buff));
	}
	close(fd);
	return 0;
}

8.编译启动程序

采用交叉编译链编译启动程序，并将可执行文件拷贝到文件系统分区中。

arm-linux-gcc test_key.c -o button

将2G大小的文件系统盘挂载到/mnt

sudo mount /dev/sdb2 /mnt

sudo cp button  /mnt

卸载挂载

sudo umount /mnt -l

9.开机并加载驱动

命令行输入

modprobe embedded_test

执行可执行文件

./button

此时经过测试可以实现按键控制对应的led灯。