深入浅出~Linux设备驱动之按键设备驱动
在上述的驱动系列博客中，我们已经了解了关于阻塞和非阻塞、异步通知、轮询、内存和I/O口访问、并发控制等知识，按键设备驱动相对来说是比较简单的，本章内容可以加深我们对字符设备驱动架构、阻塞与非阻塞、中断定时器等相关知识的理解。在嵌入式的系统中，按键的硬件原理简单，就是通过一个上拉电阻将处理器的外部中断引脚拉高，电阻的另一端接按钮并接地就可以实现。
1.按键的确认流程如下
2 按键驱动中的有关数据结构
2.1 按键设备结构体以及定时器
#define MAX KEY BUF 16 // 键缓冲区大小
typedef unsigned char KEY RET;
//设备结构体：
typedef struct
{
unsigned int keyStatus[KEY NUM]; //4个 键的 键状态
KEY RET buf[MAX KEY BUF]; // 键缓冲区
unsigned int head, tail; // 键缓冲区头和尾
wait queue head t wq; //等待队列
struct cdev cdev; //cdev 结构体
} KEY DEV;
static struct timer list key timer[KEY NUM];//4个 键去抖定时器
2.2 按键硬件资源、键值信息结构体
static struct key info
{
int irq no; //中断号
unsigned int gpio port; //GPIO端口
int key no; //键值
} key info tab [4] =
{
/* 键所使用的CPU 资源*/
{ IRQ EINT10, GPIO G2, 1
}
,
{
IRQ EINT13, GPIO G5, 2
}
,
{
IRQ EINT14, GPIO G6, 3
}
,
{
IRQ EINT15, GPIO G7, 4
}
,
};
2.3 按键设备驱动文件操作结构体
static struct file operations s3c2410 key fops =
{
owner: THIS MODULE,
open: s3c2410 key open, //启动设备
release: s3c2410 key release, //关闭设备
read: s3c2410 key read, //读取 键的键值
};
3 按键设备的模块加载和卸载函数
3.1 加载函数
static int init s3c2410 key init (void)
{
...//申请设备号，添加cdev
request irqs(); //注册中断函数
keydev .head = keydev .tail = 0; //初始化结构体
for (i = 0; i < KEY NUM; i++)
keydev.keyStatus[i] = KEYSTATUS UP;
init waitqueue head (&(keydev .wq)); //等待队列
//初始化定时器，实现软件的去抖动
for (i = 0; i < KEY NUM; i++)
setup timer (&key timer[i], key timer handler, i);
//把 键的序号作为传入定时器处理函数的参数
}
3.2 卸载函数
static void exit s3c2410 key exit (void)
{
free irqs(); //注销中断
...//释放设备号，删除cdev
}
3.3 中断申请函数
/*申请系统中断，中断方式为下降沿触发*/
static int request irqs(void)
{
struct key info *k;
int i;
for (i= 0; i < sizeof(key info tab) / sizeof(key info tab [1]); i++)
{
k = key info tab + i;
set external irq (k->irq no, EXT LOWLEVEL, GPIO PULLUP DIS);
//设置低电平触发
if (request irq (k->irq no, &buttons irq, SA INTERRUPT,
DEVICE NAME,
i)) //申请中断，将 键序号作为参数传入中断服务程序
{
return - 1;
}
}
return 0;
}
3.4 中断释放函数
/*释放中断*/
static void free irqs(void)
{
struct key info *k;
int i;
for (i= 0; i < sizeof(key info tab) / sizeof(key info tab [1]); i++)
{
k = key info tab + i;
free irq (k->irq no, buttons irq); //释放中断
}
}
4 按键设备驱动中断和定时器处理程序
在按键按下之后，将发生中断，在中断处理程序中，应该先关闭中断进去查询模式，延时以消抖如下中断处理过程只有顶半部，没有底半部。
4.1 中断处理程序
static void s3c2410 eint key (int irq, void *dev id, struct pt regs
*reg)
{
int key = dev id;
disable irq (key info tab [key].irq no); //关中断，转入查询 式
keydev.keyStatus[key] = KEYSTATUS DOWNX;//状态为按下
_
key timer [key].expires == jiffies + KEY TIMER DELAY1;//延迟
add timer (&key timer[key]); //启动定时器
}
4.2 定时器处理流程
按键按下时，该按键将记录字啊缓冲区，同时定时器启动延时，每次记录新的键值时，等待队列被唤醒，其代码如下。
//按键设备驱动的定时器处理函数
static void key timer handler (unsigned long data)
{
int key = data;
if (ISKEY DOWN (key))
{
if (keydev.keyStatus[key] == KEYSTATUS DOWNX)
//从中断进入
{
keydev .keyStatus[key] = KEYSTATUS DOWN;
key timer[key].expires == jiffies + KEY TIMER DELAY; //延迟
keyEvent (); //记录键值，唤醒等待队列
add timer(&key timer [key]);
}
else
{
key timer[key].expires == jiffies + KEY TIMER DELAY; //延迟
add timer(&key timer [key]);
}
}
else //键已抬起
{
keydev.keyStatus[key] = KEYSTATUS UP;
enable irq (key info tab [key].irq no);
}
5 打开和释放函数
这里主要是设置keydev.head和keydev.tail还有按键事件函数指针keyEvent的值，按键设备驱动的打开、释放函数如下：
static int s3c2410 key open (struct inode *inode, struct file *filp)
{
keydev .head = keydev .tail = 0; //清空 键动作缓冲区
keyEvent = keyEvent raw; //函数指针指向 键处理函数keyEvent raw
return 0;
}
static int s3c2410 key release (struct inode *inode, struct file *filp)
{
keyEvent = keyEvent dummy; //函数指针指向空函数
return 0；
}
6 读函数
读函数主要是提供对按键设备结构体缓冲区的读并复制到用户空间，当keydev.head != keydev.tail时，说明缓冲区有数据，使用copy_to_user()函数拷贝到用户空间，反之根据用户空间是阻塞还是非阻塞读分为以下两种情况：
- 非阻塞读：没有按键缓存，直接返回- EAGAIN；
- 阻塞读：在keydev.wq等待队列上睡眠，直到有按键记录 到缓冲区后被唤醒。
//按键设备驱动的读函数
static ssize t s3c2410 key read (struct file *filp,char *buf,ssize t
count,
loff t*ppos)
{
retry: if (keydev.head != keydev .tail)
//当前循环队列中有数据
{
key ret = keyRead (); //读取按键
copy to user(..); //把数据从内核空间传送到用户空间
}
else
{
if (filp->f flags &O NONBLOCK)
//若用户采用非阻塞方式读取
{
return - EAGAIN;
}
interruptible sleep on (&(keydev .wq));
//用户采用阻塞方式读取，调用该函数使进程睡眠
goto retry;
}
return 0;
}
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