嵌入式Linux之我行——按键驱动在2440上的实例开

 

原文地址：嵌入式Linux之我行——按键驱动在2440上的实例开发（带去抖动） 作者：Valley

嵌入式Linux之我行，主要讲述和总结了本人在学习嵌入式linux中的每个步骤。一为总结经验，二希望能给想入门嵌入式Linux的朋友提供方便。如有错误之处，谢请指正。

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一、开发环境

• 主  机：VMWare--Fedora 9
• 开发板：Mini2440--64MB Nand, Kernel:2.6.30.4
• 编译器：arm-linux-gcc-4.3.2

二、实现步骤

1. 硬件原理图分析。由原理图可知每个按键所用到的外部中断分别是EINT8、EINT11、EINT13、EINT14、EINT15、EINT19，所对应的IO口分别是GPG0、GPG3、GPG5、GPG6、GPG7、GPG11。再由按键的接口电路可知，当按键按下时按键接通，中断线上原有的 VDD33V高电平被拉低，从而触发中断的产生。

 

2. 开始编写合适mini2440的按键驱动（含去抖动功能），文件名：my2440_buttons.c

1）按键驱动基本框架。这里我就指定主设备号为232，简单的注册为字符设备，另定义了一个结构体把按键要用到的资源组织起来

#include <linux/kernel.h> #include <linux/module.h> #include <linux/init.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/errno.h> #include <mach/regs-gpio.h> #include <mach/hardware.h> #define DEVICE_NAME    "my2440_buttons" //设备名称 #define DEVICE_MAJOR   232              //主设备号 //组织硬件资源结构体 struct button_irq_desc {     int irq;         //中断号     int pin;         //对应的IO引脚     int pin_setting; //引脚配置     char *name;      //按键名称，注意这个名称，在后面的一个现象中会出现 }; //定义6个按键资源结构体数组 static struct button_irq_desc button_irqs[] = {     {IRQ_EINT8 , S3C2410_GPG0 , S3C2410_GPG0_EINT8  , "KEY0"},     {IRQ_EINT11, S3C2410_GPG3 , S3C2410_GPG3_EINT11 , "KEY1"},     {IRQ_EINT13, S3C2410_GPG5 , S3C2410_GPG5_EINT13 , "KEY2"},     {IRQ_EINT14, S3C2410_GPG6 , S3C2410_GPG6_EINT14 , "KEY3"},     {IRQ_EINT15, S3C2410_GPG7 , S3C2410_GPG7_EINT15 , "KEY4"},     {IRQ_EINT19, S3C2410_GPG11, S3C2410_GPG11_EINT19, "KEY5"}, }; static int __init button_init(void) {     int ret;     //注册字符设备     ret = register_chrdev(DEVICE_MAJOR, DEVICE_NAME, &buttons_fops);     if(ret < 0)     {         printk(DEVICE_NAME " register faild!n");         return ret;     }     return 0; } static void __exit button_exit(void) {     //注销字符设备     unregister_chrdev(DEVICE_MAJOR, DEVICE_NAME); } module_init(button_init); module_exit(button_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("Huang Gang"); MODULE_DESCRIPTION("My2440 button driver");

 

2）设备注册时用到的设备操作结构体buttons_fops的定义。这里由于按键是输入的设备，所以这里只有read，没有write，另因在应用程序中要实时监测哪个按键被按下，故这里就用poll在内核中遍历，来提供给应用中的select遍历判断资源是否可获取，可获取才来read

#include <linux/poll.h>    //poll要用到的头文件   //设备操作列表 static struct file_operations buttons_fops = {     .owner        = THIS_MODULE,     .open         = buttons_open,     .release      = buttons_close,     .read         = buttons_read,     .poll         = buttons_poll, };

3）设备操作结构体中open的实现。在open中分别实现了IO口的配置、中断触发的方式、申请中断、初始化6个按键的初始状态和初始化6个按键去抖动定时器。中断服务程序为buttons_interrupt，传过去的参数是当前的中断号和索引；定时器服务程序为buttons_timer，传过去的参数是当前定时器的索引。注意：这里有一个关键字volatile，为什么要用这个关键字呢？请看这里： http://blog.chinaunix.net/u1/41845/showart_2038284.html

//中断要用到的头文件 #include<linux/interrupt.h> #include<linux/irq.h> #include<asm/irq.h>   #define KEY_DOWN            0   //按键按下                     #define KEY_UP              1   //按键抬起                 #define KEY_UNCERTAIN       2   //按键不确定                     #define KEY_COUNT           6   //6个按键   static volatile int key_status[KEY_COUNT];      //记录6个按键的状态  static struct timer_list key_timers[KEY_COUNT]; //6个按键去抖动定时器   static int buttons_open(struct inode *inode, struct file *file) {     int i;     int ret;     for(i = 0; i < KEY_COUNT; i++)     {         //设置6个IO口为中断触发方式         s3c2410_gpio_cfgpin(button_irqs[i].pin, button_irqs[i].pin_setting);         //设置中断下降沿为有效触发         set_irq_type(button_irqs[i].irq, IRQ_TYPE_EDGE_FALLING);                  //申请中断(类型为快速中断，中断服务时屏蔽所有外部中断？)         ret = request_irq(button_irqs[i].irq, buttons_interrupt, IRQF_DISABLED, button_irqs[i].name, (void *)i);         if(ret)         {             break;         }         //初始化6个按键的状态为抬起         key_status[i] = KEY_UP;         //初始化并设置6个去抖定时器         setup_timer(&key_timers[i], buttons_timer, i);     }     if(ret)     {         //中断申请失败处理         i--;         for(; i >= 0; i--)         {             //释放已注册成功的中断             disable_irq(button_irqs[i].irq);             free_irq(button_irqs[i].irq, (void *)i);         }         return -EBUSY;     }     return 0; }

4）中断服务程序和去抖动定时器服务程序的实现。这里的中断服务和定时器服务互相的作用，首先中断触发后启动延时定时器，进入定时器服务后处理按键的状态，最后当前按键抬起后，中断服务又开始处理新的中断

#define KEY_TIMER_DELAY1  (HZ/50)       //按键按下去抖延时20毫秒         #define KEY_TIMER_DELAY2  (HZ/10)       //按键抬起去抖延时100毫秒   static volatile int ev_press = 0;      //按键按下产生标识，用于在读设备的时候来判断是否有数据可读，否则进程睡眠 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq); //等待队列的定义并初始化 static irqreturn_t buttons_interrupt(int irq, void *dev_id) {     //获取当前按键资源的索引     int key = (int)dev_id;     //判断当前按键的状态已经抬起后才服务中断     if(key_status[key] == KEY_UP)     {         //设置当前按键的状态为不确定         key_status[key] = KEY_UNCERTAIN;         //设置当前按键按下去抖定时器的延时并启动定时器         key_timers[key].expires = jiffies + KEY_TIMER_DELAY1;         add_timer(&key_timers[key]);     }     return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED); } static void buttons_timer(unsigned long arg) {     //获取当前按键资源的索引     int key = arg;     //获取当前按键引脚上的电平值来判断按键是按下还是抬起     int up = s3c2410_gpio_getpin(button_irqs[key].pin);     if(!up)//低电平，按键按下     {         if(key_status[key] == KEY_UNCERTAIN)         {             //标识当前按键状态为按下             key_status[key] = KEY_DOWN;             //标识当前按键已按下并唤醒等待队列让设备进行读取             ev_press = 1;               wake_up_interruptible(&button_waitq);         }         //设置当前按键抬起去抖定时器的延时并启动定时器         key_timers[key].expires = jiffies + KEY_TIMER_DELAY2;         add_timer(&key_timers[key]);     }     else//高电平，按键抬起     {         //标识当前按键状态为抬起         key_status[key] = KEY_UP;     } }

5)读设备的实现。从电路图可以看出按键设备相对于CPU来说为输入设备，所以这里只有read,而没有write

static int buttons_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *offp) {     unsigned long ret;     if(!ev_press)//按键按下发生标识，0没有发生     {         if(file->f_flags & O_NONBLOCK)         {             //应用程序若采用非阻塞方式读取则返回错误             return -EAGAIN;         }         else         {             //以阻塞方式读取且按键没按下产生，让等待队列进入睡眠             wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);         }     }     //1为按键按下产生，并清除标识为0，准备给下一次判断用     ev_press = 0;     //将内核中的按键状态数据拷贝到用户空间给应用程序使用     ret = copy_to_user(buf, (void *)key_status, min(sizeof(key_status), count));     return ret ? -EFAULT : min(sizeof(key_status), count); }

6）驱动中的轮询。这个与应用程序中的select的使用相对应

 

//驱动程序中的轮询，用于应用程序中的轮询查询是否可对设备进行访问 static int buttons_poll(struct file *file, struct poll_table_struct *wait) {     unsigned int mask = 0;     //添加等待队列到等待队列表中(poll_table)     poll_wait(file, &button_waitq, wait);     if(ev_press)     {         //标识数据可以获得         mask |= POLLIN | POLLRDNORM;     }     return mask; }

7）设备的关闭。

 

static int buttons_close(struct inode *inode, struct file *file) {     int i;     //释放6个定时器和中断     for(i = 0; i < KEY_COUNT; i++)     {         del_timer(&key_timers[i]);         disable_irq(button_irqs[i].irq);         free_irq(button_irqs[i].irq, (void *)i);     }     return 0; }

3. 完整的按键驱动代码

#include <linux/kernel.h> #include <linux/module.h> #include <linux/init.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/errno.h> #include <linux/poll.h> #include <linux/interrupt.h> #include <linux/irq.h> #include <asm/irq.h> #include <mach/regs-gpio.h> #include <mach/hardware.h> #define DEVICE_NAME         "my2440_buttons"    //设备名称 #define DEVICE_MAJOR        232                 //主设备号                 #define KEY_TIMER_DELAY1    (HZ/50)             //按键按下去抖延时20毫秒         #define KEY_TIMER_DELAY2    (HZ/10)             //按键抬起去抖延时100毫秒 #define KEY_DOWN            0                   //按键按下                     #define KEY_UP              1                   //按键抬起                 #define KEY_UNCERTAIN       2                   //按键不确定                     #define KEY_COUNT           6                   //6个按键                     static volatile int ev_press = 0;                //按键按下产生标志 static volatile int key_status[KEY_COUNT];       //记录6个按键的状态     static struct timer_list key_timers[KEY_COUNT];  //定义6个按键去抖动定时器 static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);    //定义并初始化等待队列 //组织硬件资源结构体 struct button_irq_desc     {     int irq;            //中断号     int pin;            //引脚     int pin_setting;    //引脚配置     char *name;         //按键名称，注意这个名称，在后面的一个现象中会出现 }; //定义6个按键资源结构体数组 static struct button_irq_desc button_irqs[] = {     {IRQ_EINT8 , S3C2410_GPG0 , S3C2410_GPG0_EINT8 , "KEY0"},     {IRQ_EINT11, S3C2410_GPG3 , S3C2410_GPG3_EINT11 , "KEY1"},     {IRQ_EINT13, S3C2410_GPG5 , S3C2410_GPG5_EINT13 , "KEY2"},     {IRQ_EINT14, S3C2410_GPG6 , S3C2410_GPG6_EINT14 , "KEY3"},     {IRQ_EINT15, S3C2410_GPG7 , S3C2410_GPG7_EINT15 , "KEY4"},     {IRQ_EINT19, S3C2410_GPG11, S3C2410_GPG11_EINT19, "KEY5"}, }; static irqreturn_t buttons_interrupt(int irq, void *dev_id) {     //获取当前按键资源的索引     int key = (int)dev_id;     if(key_status[key] == KEY_UP)     {         //设置当前按键的状态为不确定         key_status[key] = KEY_UNCERTAIN;         //设置当前按键按下去抖定时器的延时并启动定时器         key_timers[key].expires = jiffies + KEY_TIMER_DELAY1;         add_timer(&key_timers[key]);     }     return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED); } static void buttons_timer(unsigned long arg) {     //获取当前按键资源的索引     int key = arg;     //获取当前按键引脚上的电平值来判断按键是按下还是抬起     int up = s3c2410_gpio_getpin(button_irqs[key].pin);     if(!up)//低电平，按键按下     {         if(key_status[key] == KEY_UNCERTAIN)         {             //标识当前按键状态为按下             key_status[key] = KEY_DOWN;             //标识当前按键已按下并唤醒等待队列             ev_press = 1;             wake_up_interruptible(&button_waitq);         }         //设置当前按键抬起去抖定时器的延时并启动定时器         key_timers[key].expires = jiffies + KEY_TIMER_DELAY2;         add_timer(&key_timers[key]);     }     else//高电平，按键抬起     {         //标识当前按键状态为抬起         key_status[key] = KEY_UP;     } } static int buttons_open(struct inode *inode, struct file *file) {     int i;     int ret;     for(i = 0; i < KEY_COUNT; i++)     {         //设置6个IO口为中断触发方式         s3c2410_gpio_cfgpin(button_irqs[i].pin, button_irqs[i].pin_setting);         //设置中断下降沿为有效触发         set_irq_type(button_irqs[i].irq, IRQ_TYPE_EDGE_FALLING);                  //申请中断(类型为快速中断，中断服务时屏蔽所有外部中断？)         ret = request_irq(button_irqs[i].irq, buttons_interrupt, IRQF_DISABLED, button_irqs[i].name, (void *)i);         if(ret)         {             break;         }         //初始化6个按键的状态为抬起         key_status[i] = KEY_UP;         //初始化并设置6个去抖定时器         setup_timer(&key_timers[i], buttons_timer, i);     }     if(ret)     {         //中断申请失败处理         i--;         for(; i >= 0; i--)         {             //释放已注册成功的中断             disable_irq(button_irqs[i].irq);             free_irq(button_irqs[i].irq, (void *)i);         }         return -EBUSY;     }     return 0; } static int buttons_close(struct inode *inode, struct file *file) {     int i;     //释放6个定时器和中断     for(i = 0; i < KEY_COUNT; i++)     {         del_timer(&key_timers[i]);         disable_irq(button_irqs[i].irq);         free_irq(button_irqs[i].irq, (void *)i);     }     return 0; } static int buttons_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *offp) {     unsigned long ret;     if(!ev_press)//判断按键按下产生标识，0没有产生     {         if(file->f_flags & O_NONBLOCK)         {             //应用程序若采用非阻塞方式读取则返回错误             return -EAGAIN;         }         else         {             //以阻塞方式读取且按键按下没有产生，让等待队列进入睡眠             wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);         }     }     //1为按键按下产生，并清除标识为0，准备给下一次判断用     ev_press = 0;     //将内核中的按键状态数据拷贝到用户空间给应用程序使用     ret = copy_to_user(buf, (void *)key_status, min(sizeof(key_status), count));     return ret ? -EFAULT : min(sizeof(key_status), count); } //驱动程序中的轮询，用于应用程序中的轮询查询是否可对设备进行访问 static int buttons_poll(struct file *file, struct poll_table_struct *wait) {     unsigned int mask = 0;     //添加等待队列到等待队列表中(poll_table)     poll_wait(file, &button_waitq, wait);     if(ev_press)     {         //标识数据可以获得         mask |= POLLIN | POLLRDNORM;     }     return mask; } //设备操作列表 static struct file_operations buttons_fops = {     .owner        = THIS_MODULE,     .open         = buttons_open,     .release      = buttons_close,     .read         = buttons_read,     .poll         = buttons_poll, }; static int __init button_init(void) {     int ret;     //注册字符设备     ret = register_chrdev(DEVICE_MAJOR, DEVICE_NAME, &buttons_fops);     if(ret < 0)     {         printk(DEVICE_NAME " register faild!n");         return ret;     }     return 0; } static void __exit button_exit(void) {     //注销字符设备     unregister_chrdev(DEVICE_MAJOR, DEVICE_NAME); } module_init(button_init); module_exit(button_exit); MODULE_LICENSE("GPL"); MODULE_AUTHOR("Huang Gang"); MODULE_DESCRIPTION("My2440 button driver");

4.将按键驱动代码部署到内核中。

 

#cp -f my2440_buttons.c /linux-2.6.30.4/drivers/char //把驱动源码复制到内核驱动的字符设备下

#gedit /linux-2.6.30.4/drivers/char/Kconfig //添加按键设备配置

config MY2440_BUTTONS     tristate "My2440 Buttons Device"     depends on ARCH_S3C2440     default y     ---help---       My2440 User Buttons

#gedit /linux-2.6.30.4/drivers/char/Makefile //添加按键设备配置

obj-$(CONFIG_MY2440_BUTTONS) += my2440_buttons.o

5.配置内核，选择按键设备选项

#make menuconfig

Device Drivers --->     Character devices --->         <*> My2440 Buttons Device (NEW)

6. 编译内核并下载到开发板上，查看已加载的设备：#cat /proc/devices，可以看到my2440_buttons的主设备号为232

7.编写应用程序测试按键驱动，文件名：buttons_test.c

#include <stdio.h> #include <stdlib.h> #include <errno.h> int main(int argc, char **argv) {     int fd;     int key_status[6];     //以阻塞方式打开设备文件，非阻塞时flags=O_NONBLOCK     fd = open("/dev/my2440_buttons", 0);     if(fd < 0)     {         printf("Open Buttons Device Faild!n");         exit(1);     }     while(1)     {         int i;         int ret;         fd_set rds;                  FD_ZERO(&rds);         FD_SET(fd, &rds);                  //应用程序进行轮询，查询是否可对设备进行访问         ret = select(fd + 1, &rds, NULL, NULL, NULL);                  if(ret < 0)         {             printf("Read Buttons Device Faild!n");             exit(1);         }                  if(ret == 0)         {             printf("Read Buttons Device Timeout!n");         }         else if(FD_ISSET(fd, &rds))         {             //读设备             ret = read(fd, key_status, sizeof(key_status));             if(ret != sizeof(key_status))             {                 if(errno != EAGAIN)                 {                     printf("Read Button Device Faild!n");                 }                 continue;             }             else             {                 for(i = 0; i < 6; i++)                 {                     //对应驱动中按键的状态，为0即按键被按下                     if(key_status[i] == 0)                     {                         printf("Key%d DOWNn", i + 1);                     }                 }             }         }     }     close(fd);     return 0; }

8.在开发主机上交叉编译测试应用程序，并复制到文件系统的/usr/sbin目录下，然后重新编译文件系统下载到开发板上

#arm-linux-gcc -o buttons_test buttons_test.c

9. 在开发板上的文件系统中创建一个按键设备的节点，然后运行测试程序，效果图如下，观测按开发板上的按键时，在串口工具中会输出对应按键被按下的信息，也不会出现抖动现象（即按某个按键时，不会多次产生该按键按下的情况）

三、补充问题

1.当我们启动开发板后，按键驱动就会被自动加载，这个时候，我们执行#cat /proc/interrupts命令查看系统当前使用的中断情况，没有发现有按键的中断，这是为什么？看看我们的驱动代码就知道了，原来，按键驱动中的中断申请是在设备打开里面，这个时候设备只加载了还没有打开，所以这里还没有

2.修改驱动代码，把中断的申请放到设备初始化加载里面（即将open中所有的代码移到button_init中），再来看看系统中断使用的情况，按键的中断就出现了。52、55、57、58、59、63分别为6个按键的中断号，KEY0~KEY5按键名称就是驱动中提到注意的地方（注意这个名称，在后面的一个现象中会出现），就是在这里出现了