linux按键输入实验

文章目录

  • 一、linux下按键驱动原理
  • 二、硬件原理图分析
  • 三、实验程序编写
    • 1.修改设备树文件
      • 1.添加 pinctrl 节点
      • 2.添加key设备节点
      • 3.检查pin是否被其他外设使用
    • 2.按键驱动程序编写
    • 3.编写测试APP
  • 四、运行测试

I.MX6U-ALPHA 开发板上有一个按键,我们就使用此按键来完成 GPIO 输入驱动程序,同时利用原子操作来对按键值进行保护。

一、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。

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,本章例程只是为了演示 Linux 下 GPIO 输入驱动的编写,实际中的按键驱动并不会采用本章中所讲解的方法,Linux 下的 input 子系统专门用于输入设备!

二、硬件原理图分析

三、实验程序编写

1.修改设备树文件

1.添加 pinctrl 节点

I.MX6U-ALPHA 开发板上的 KEY 使用了 UART1_CTS_B 这个 PIN,打开 imx6ull-luatao-emmc.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:

/* 添加对应key的节点 */
		pinctrl_key: keygrp{
			/* 具体的PIN信息*/	
			fsl,pins = <
			/* 设备所使用的PIN配置信息*/
				MX6UL_PAD_UART1_CTS_B__GPIO1_IO18   0xF080  /* key0*/
			>;
		};

将 GPIO_IO18 这个 PIN 复用为 GPIO1_IO18。

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 */
	key{
		#address-cells = <1>;
		#size-cells = <1>;
		compatible = "atkalpha-key";

		pinctrl-names = "default";
		pinctrl-0 = <&pinctrl_key>;
		/* 其他节点内容 */
		key-gpio = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>;
		status = "okay";
	};

pinctrl-0 属性设置 KEY 所使用的 PIN 对应的 pinctrl 节点。
key-gpio 属性指定了 KEY 所使用的 GPIO。

3.检查pin是否被其他外设使用

在本章实验中使用的 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-luatao-emmc.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)
linux按键输入实验_第1张图片

2.按键驱动程序编写

设备树准备好以后就可以编写驱动程序了,新建名为“11_key”的文件夹,然后在 11_key文件夹里面创建 vscode 工程,工作区命名为“key”。工程创建好以后新建 key.c 文件,在 key.c里面输入如下内容:

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

#include 

/***************************************************************

Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.

文件名		: key.c

作者	  	: 左忠凯

版本	   	: V1.0

描述	   	: Linux按键输入驱动实验

其他	   	: 无

论坛 	   	: www.openedv.com

日志	   	: 初版V1.0 2019/7/18 左忠凯创建

***************************************************************/

#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("zuozhongkai");

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_open 函数通过调用 keyio_init 函数来始化按键所使用的 IO,应用程序每次打开按键驱动文件的时候都会初始化一次按键 IO。

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,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。

驱动入口函数,调用 atomic_set 函数初始化原子变量默认为无效值。
驱动出口函数。key.c 文件代码很简单,重点就是 key_read 函数读取按键值,要对 keyvalue 进行保护

3.编写测试APP

新建名为 keyApp.c 的文件,然后输入如下所示内容:

`#include "stdio.h"

#include "unistd.h"

#include "sys/types.h"

#include "sys/stat.h"

#include "fcntl.h"

#include "stdlib.h"

#include "string.h"

/***************************************************************

Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.

文件名		: keyApp.c

作者	  	: 左忠凯

版本	   	: V1.0

描述	   	: 按键输入测试应用程序

其他	   	: 无

使用方法	 :./keyApp /dev/key  

论坛 	   	: www.openedv.com

日志	   	: 初版V1.0 2019/1/30 左忠凯创建

***************************************************************/



/* 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

四、运行测试

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

在这里插入图片描述
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,
linux按键输入实验_第2张图片
我们按下 KEY0 以后就会打印出“KEY0 Press, value = 0XF0”,
表示按键按下。但是大家可能会发现,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。

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