Linux 按键输入实验

Posted 2021-12-09 行稳方能走远

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• Linux 下按键驱动原理
• 49.2 硬件原理图分析
• 49.3 实验程序编写
• • 49.3.1 修改设备树文件
  • 按键驱动程序编写
  • 编写测试APP
• 运行测试
• • 编译驱动程序和测试APP
  • 运行测试

在前几章我们都是使用的GPIO 输出功能，还没有用过GPIO 输入功能，本章我们就来学习一下如果在Linux 下编写GPIO 输入驱动程序。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，同时利用第四十七章讲的原子操作来对按键值进行保护。

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。本章我们实现按键输入，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！

49.2 硬件原理图分析

本章实验硬件原理图参考15.2 小节即可。

49.3 实验程序编写

本实验对应的例程路径为：开发板光盘-> 2、Linux 驱动例程-> 11_key。

49.3.1 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-alientek-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：

1 pinctrl_key: keygrp {
2 fsl,pins = <
3 MX6UL_PAD_UART1_CTS_B__GPIO1_IO18 0xF080 /* KEY0 */
4 >;
5 };

第3 行，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：

1 key {
2 #address-cells = <1>;
3 #size-cells = <1>;
4 compatible = "atkalpha-key";
5 pinctrl-names = "default";
6 pinctrl-0 = <&pinctrl_key>;
7 key-gpio = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>; /* KEY0 */
8 status = "okay";
9 };

第6 行，pinctrl-0 属性设置KEY 所使用的PIN 对应的pinctrl 节点。
第7 行，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
在本章实验中蜂鸣器使用的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-alientek-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)，结果如图49.3.1.1 所示：

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：

1 #include <linux/types.h>
2 #include <linux/kernel.h>
3 #include <linux/delay.h>
4 #include <linux/ide.h>
5 #include <linux/init.h>
6 #include <linux/module.h>
7 #include <linux/errno.h>
8 #include <linux/gpio.h>
9 #include <linux/cdev.h>
10 #include <linux/device.h>
11 #include <linux/of.h>
12 #include <linux/of_address.h>
13 #include <linux/of_gpio.h>
14 #include <linux/semaphore.h>
15 #include <asm/mach/map.h>
16 #include <asm/uaccess.h>

第36~46 行，结构体key_dev 为按键的设备结构体，第45 行的原子变量keyvalue 用于记录按键值。
第56~74 行，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。
第83~94 行，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。
第104~120 行，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。第110 行读取按键IO 的电平，如果为0 的话就表示按键按下了，如果按键按下的话第111 行就等待按键释放。按键释放以后标记按键值为KEY0VALUE。
第135~171 行，驱动入口函数，第138 行调用atomic_set 函数初始化原子变量默认为无效值。
第178~186 行，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。

编写测试APP

新建名为keyApp.c 的文件，然后输入如下所示内容：

1 #include "stdio.h"
2 #include "unistd.h"
3 #include "sys/types.h"
4 #include "sys/stat.h"
5 #include "fcntl.h"
6 #include "stdlib.h"
7 #include "string.h"
8 /***************************************************************
9 Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
10 文件名: keyApp.c
11 作者: 左忠凯
12 版本: V1.0
13 描述: 按键输入测试应用程序
14 其他: 无
15 使用方法：./keyApp /dev/key
16 论坛: www.openedv.com
17 日志: 初版V1.0 2019/1/30 左忠凯创建
18 ***************************************************************/
19
20 /* 定义按键值*/

第51~56 行，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。

运行测试

编译驱动程序和测试APP

1、编译驱动程序
编写Makefile 文件，本章实验的Makefile 文件和第四十章实验基本一样，只是将obj-m 变量的值改为key.o，Makefile 内容如下所示：

1 KERNELDIR := /home/zuozhongkai/linux/IMX6ULL/linux/temp/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_alientek
......
4 obj-m := key.o
......
11 clean:
12 $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean

第4 行，设置obj-m 变量的值为key.o。
输入如下命令编译出驱动模块文件：

make -j32

编译成功以后就会生成一个名为“key.ko”的驱动模块文件。
2、编译测试APP
输入如下命令编译测试keyApp.c 这个测试程序：

arm-linux-gnueabihf-gcc keyApp.c -o keyApp

编译成功以后就会生成keyApp 这个应用程序。

运行测试

将上一小节编译出来的key.ko 和keyApp 这两个文件拷贝到rootfs/lib/modules/4.1.15 目录中，重启开发板，进入到目录lib/modules/4.1.15 中，输入如下命令加载key.ko 驱动模块：

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

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49.4.2.1 所示：

按下开发板上的KEY0 按键，keyApp 就会获取并且输出按键信息，如图49.4.2.2 所示：

从图49.4.2.2 可以看出，当我们按下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。如果要卸载驱动的话输入如下命令即可：

rmmod key.ko