查询方式写按键驱动程序
学习目的：
- 实现获取按键状态的驱动程序—查询方式
上一节实现了支持应用程序通过open、write函数控制LED点亮和熄灭的驱动程序，这一节便接着学习获取按键状态的驱动编写。同点灯驱动程序一样，按键驱动程序编写也分为以下几个步骤：
1）阅读开发板原理图，查看按键电路连接
2）看芯片手册，获取GPIO的配置方法
3）修改驱动，在第一个驱动程序框架中加入硬件操作
4）编写用于驱动测试的应用程序
1、按键检测的原理
图1 按键连接电路
由以上电路可以看出，开发板上共有4个独立按键，一端接地，另一端分别接上拉电阻后和控制器的4个GPIO引脚相连。通常这些按键内部是机械弹性开关，当按键按下时，里面金属弹片被下压，按键的几个引脚连接到一起，接到地，此时反馈给控制器GPIO引脚的是低电平。当按键松开或未被按下时，里面金属弹片是弹开的，里面引脚未连接到一起，在上拉电阻的作用下，反馈给控制器GPIO引脚的是高电平。因此，软件设计时将与按键连接的GPIO引脚配置成输入模式，读取该引脚的值既能获取当前按键的状态。
2、按键GPIO的配置
| 按键名称 | Altium Designer绘制电路图表示网络 | 连接芯片引脚 |
| S2 | EINT0 | GPF0 |
| S3 | EINT2 | GPF2 |
| S4 | EINT11 | GPG3 |
| S5 | EINT19 | GPG11 |
按键连接方式如上表个所示，配置时只需配置GPF端口的0、2引脚，GPG端口的3、4引脚为输入模式。配置寄存器GPFCON(0x56000050)的位[0:1]、位[4:5]等于0x00(输入模式)，GPGCON(0x56000060)的位[6:7]、位[22:23]等于0x00
3、修改驱动程序
3.1 xxx_init、xxx_exit函数修改
xxx_init函数实现GPF、GPG端口相关寄存器地址映射，完成物理地址到虚拟地址映射
static int button_drv_init(void) {
...... + gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16); + gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16); + gpfdat = gpfcon + 1; + gpgdat = gpgcon + 1; return 0; }
ioremap函数实现物理地址向虚拟地址映射功能，函数第一个参数是需要映射物理地址，第二个参数是映射区域的大小，返回值为映射后的虚拟地址值。
xxx_exit函数添加了卸载驱动时，卸载GPF、GPG端口相关寄存器地址映射，与xxx_init中映射相呼应。
static void button_drv_exit(void) { ...... + iounmap(gpfcon); + iounmap(gpgcon); }
3.2 xxx_open函数修改
设置于按键连接的4个引脚为输入模型
static int button_drv_open(struct inode *inode, struct file *file) { *gpfcon &= ~((0x3<<(0*2)) | (0x3<<(2*2))); *gpgcon &= ~((0x3<<(3*2)) | (0x3<<(11*2))); return 0; }
3.3 xxx_read函数修改
read函数中，读取连接按键GPIO引脚的数据寄存器，获取当前按键状态。判断是否有按键按下，若有按键按键将缓存按键状态的数组位设置为1，无按键按下时，缓存按键状态的数组值设置为0。最后调用copy_to_user函数，将描述按键状态的数组值拷贝到用户空间，供用户程序使用。
static ssize_t button_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { unsigned char key_vals[4]; if(count != sizeof(key_vals)) return EINVAL; key_vals[0] = ((*gpfdat & (1<<0)) > 0 ? 0:1); key_vals[1] = ((*gpfdat & (1<<2)) > 0 ? 0:1); key_vals[2] = ((*gpgdat & (1<<3)) > 0 ? 0:1); key_vals[3] = ((*gpgdat & (1<<11)) > 0 ? 0:1); if(copy_to_user(buf, key_vals, count)) return EFAULT; return 0; }
copy_to_user：从内核空间中拷贝数据到用户空间，第一个参数为拷贝到用户空间存放的目的地址，第二个参数为内核空间数据存放地址，第三个参数为要拷贝的数据字节数
4、编写驱动测试程序
测试程序中不断轮询去读当前按键状态，当4个按键有一个且多个按键按下时，打印按键状态信息
int main(int argc, char **argv) { int fd; unsigned char key_buf[4]; fd = open("/dev/button", O_RDWR); if(fd == -1) { printf("can't open...\n"); exit(EXIT_FAILURE); } while(1) { read(fd, key_buf, sizeof(key_buf)); /* 判断有按键按下，打印按键信息 */ if(key_buf[0] || key_buf[1] || key_buf[2] || key_buf[3]) printf("S2 = %d, S3 = %d, S4 = %d, S5 = %d\n", key_buf[0], key_buf[1], key_buf[2], key_buf[3]); } exit(EXIT_SUCCESS); }
5、测试效果
编译并加载驱动模块，执行测试程序，按下按键显示结果如下，能正常获取按键值
调用top命令，实时显示系统中各个进程的资源占用状况，可以发现我们的测试程序占用CPU资源极高。因为,我们的button_test测试程序一直在while中通过查询方式读取按键状态，这样的效率是非常低的。后续学习开始使用其他方式来改进按键驱动程序，提高效率
完整驱动程序代码
#include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/init.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/device.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/irq.h> #include <asm/io.h> //#include <asm/arch/regs-gpio.h> //#include <asm/hardware.h> int major; volatile unsigned long *gpfcon = NULL; volatile unsigned long *gpgcon = NULL; volatile unsigned long *gpfdat = NULL; volatile unsigned long *gpgdat = NULL; static struct class *button_drv_class; static struct class_device *button_drv_class_dev; static int button_drv_open(struct inode *inode, struct file *file); static ssize_t button_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos); static ssize_t button_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos); struct file_operations button_drv_fileop = { .owner = THIS_MODULE, /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */ .open = button_drv_open, .read = button_drv_read, .write = button_drv_write, }; static int button_drv_open(struct inode *inode, struct file *file) { *gpfcon &= ~((0x3<<(0*2)) | (0x3<<(2*2))); *gpgcon &= ~((0x3<<(3*2)) | (0x3<<(11*2))); return 0; } static ssize_t button_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { unsigned char key_vals[4]; if(count != sizeof(key_vals)) return EINVAL; key_vals[0] = ((*gpfdat & (1<<0)) > 0 ? 0:1); key_vals[1] = ((*gpfdat & (1<<2)) > 0 ? 0:1); key_vals[2] = ((*gpgdat & (1<<3)) > 0 ? 0:1); key_vals[3] = ((*gpgdat & (1<<11)) > 0 ? 0:1); if(copy_to_user(buf, key_vals, count)) return EFAULT; return 0; } static ssize_t button_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { printk("button_drv_write\n"); return 0; } static int button_drv_init(void) { major = register_chrdev(0, "button_light", &button_drv_fileop); button_drv_class = class_create(THIS_MODULE, "button_drv"); //button_drv_class_dev = class_device_create(button_drv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "button"); /* /dev/button */ button_drv_class_dev = device_create(button_drv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "button"); /* /dev/button */ gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16); gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16); gpfdat = gpfcon + 1; gpgdat = gpgcon + 1; return 0; } static void button_drv_exit(void) { unregister_chrdev(major, "button_drv"); //class_device_unregister(button_drv_class_dev); device_unregister(button_drv_class_dev); class_destroy(button_drv_class); iounmap(gpfcon); iounmap(gpgcon); } module_init(button_drv_init); module_exit(button_drv_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
完整测试程序代码
#include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> int main(int argc, char **argv) { int fd; unsigned char key_buf[4]; fd = open("/dev/button", O_RDWR); if(fd == -1) { printf("can't open...\n"); exit(EXIT_FAILURE); } while(1) { read(fd, key_buf, sizeof(key_buf)); /* 判断有按键按下，打印按键信息 */ if(key_buf[0] || key_buf[1] || key_buf[2] || key_buf[3]) printf("S2 = %d, S3 = %d, S4 = %d, S5 = %d\n", key_buf[0], key_buf[1], key_buf[2], key_buf[3]); } exit(EXIT_SUCCESS); }
