Linux设备驱动开发基础---字符设备驱动程序开发之基于中断的按键驱动

二、硬件原理分析

Mini2440 具有6 个用户测试按键,它们都是连接到CPU 的中断引脚。如图:

由原理图可知,这些引脚在按键没有按下的情况下被上拉为高电平,按键被按下的时候变为低电平。

三、实现方式

1、在/linux-2.6.32.2/drivers/buttons目录下创建一个新的驱动程序文件mini2440_buttons.c,内容及详细注释如下:

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <mach/regs-gpio.h>
#include <mach/hardware.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/device.h>


/*创建类和设备*/
static struct class *button_class;
static struct device *button_class_dev;


#define DEVICE_NAME "buttons"  //加载模式后,执行”cat /proc/devices”命令看到的设备名称 


/*
*定义中断所用的结构体
*/
struct button_irq_desc {
 int irq;          //按键对应的中断号
 int pin;          //按键所对应的GPIO 端口
 int number;       //定义键值,以传递给应用层/用户态
 char *name;       //每个按键的名称
};


/*
*结构体实体定义
*/
static struct button_irq_desc button_irqs[]={
 {IRQ_EINT8 , S3C2410_GPG(0)  , 0, "K1"},
 {IRQ_EINT11, S3C2410_GPG(3)  , 1, "K2"},
 {IRQ_EINT13, S3C2410_GPG(5)  , 2, "K3"},
 {IRQ_EINT14, S3C2410_GPG(6)  , 3, "K4"},
 {IRQ_EINT15, S3C2410_GPG(7)  , 4, "K5"},
 {IRQ_EINT19, S3C2410_GPG(11) , 5, "K6"},
};


/*
*开发板上按键的状态变量,注意这里是'0',对应的ASCII 码为30
*/
static volatile char key_values[] = {'0', '0', '0', '0', '0', '0'};


/*
*因为本驱动是基于中断方式的,在此创建一个等待队列,以配合中断函数使用;当有按键按下并读取到键
*值时,将会唤醒此队列,并设置中断标志,以便能通过read函数判断和读取键值传递到用户态;当没有按
*键按下时,如果有进程调用mini2440_buttons_read函数,它将休眠
*/
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);


/*
*中断标识变量,配合上面的队列使用,中断服务程序会把它设置为1,read 函数会把它清零
*/
static volatile int ev_press = 0;


/*
*按键驱动的中断服务程序
*/
static irqreturn_t button_interrupt(int irq, void *dev_id)
{
 struct button_irq_desc *button_irqs = (struct button_irq_desc *)dev_id;
 int down;
 
 /*获取被按下的按键状态*/ 
 down = !s3c2410_gpio_getpin(button_irqs->pin);
 
 /*状态改变,按键被按下,从这句可以看出,当按键没有被按下的时候,寄存器的值为1(上拉),当按
  键被按下的时候,寄存器对应的值为0*/
 if (down != (key_values[button_irqs->number] & 1)) { // Changed


  /*如果key1 被按下,则key_value[0]就变为'1',对应的ASCII 码为31*/


  key_values[button_irqs->number] = '0' + down;
  ev_press = 1; /*设置中断标志为1*/
  
  wake_up_interruptible(&button_waitq); /*唤醒等待队列*/
 }
 return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);/*具体解释见LDD3p272,增加了中断返回,来区别那些伪中断,
                                    驱动程序正在处理那个中断时却返回了 IRQ_NONE,说明存在bug*/
}


/*
*在应用程序执行open("/dev/buttons",…)时会调用到此函数,在这里,它的作用主要是注册6 个按键的中断。
*所用的中断类型是IRQ_TYPE_EDGE_BOTH,也就是双沿触发,在上升沿和下降沿均会产生中断,这样做
*是为了更加有效地判断按键状态
*/
static int button_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
 int i;
 int err = 0;


 for (i = 0; i < sizeof(button_irqs)/sizeof(button_irqs[0]); i++) {


  /*注册中断函数,如果注册成功,则6个按键GPIO引脚的功能被设置为外部中断,触发方式为设定的触发方式
    详解见韦东山完全开发手册P406*/  
  err = request_irq(button_irqs[i].irq, button_interrupt, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH,
        button_irqs[i].name, (void *)&button_irqs[i]);
  
  if (err)
   break;
 }
 
 if (err) { /*如果出错,释放已经注册的中断,并返回*/
  i--;
  for (; i >= 0; i--) {
   disable_irq(button_irqs[i].irq);
   free_irq(button_irqs[i].irq, (void *)&button_irqs[i]);
  }
  
  return -EBUSY;
 }
 
 /*注册成功,则中断队列标记为1,表示可以通过read 读取*/ 
 ev_press = 1;
 /*正常返回*/
 return 0;
}


/*
*此函数对应应用程序的系统调用close(fd)函数,在此,它的主要作用是当关闭设备时释放6 个按键的中断*
*处理函数
*/
static int button_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
 int i;
 for (i = 0; i < sizeof(button_irqs)/sizeof(button_irqs[0]); i++) {
  if (button_irqs[i].irq < 0) {
   continue;
  }
  /*释放中断号,并注销中断处理函数*/
  free_irq(button_irqs[i].irq, (void *)&button_irqs[i]);
 }
 return 0;
}


/*
*对应应用程序的read(fd,…)函数,主要用来向用户空间传递键值
*/
static int button_read(struct file *filp, char __user *buff, size_t count, loff_t *offp)
{
 unsigned long err;
 if (!ev_press) {
  if (filp->f_flags & O_NONBLOCK)
   /*当中断标识为0 时,并且该设备是以非阻塞方式打开时,返回*/
   return -EAGAIN;
  else
   /*当中断标识为0 时,并且该设备是以阻塞方式打开时,进入休眠状态,等待被唤醒*/
   wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);
 }
 /*把中断标识清零*/
 ev_press = 0;
 /*一组键值被传递到用户空间*/
 err = copy_to_user(buff, (const void *)key_values, min(sizeof(key_values), count));
 return err ? -EFAULT : min(sizeof(key_values), count);
}


/* 这个结构是字符设备驱动程序的核心
 * 当应用程序操作设备文件时所调用的open、read、write等函数,
 * 最终会调用这个结构中的对应函数
 */
static struct file_operations buttons_fops = {
    .owner   =   THIS_MODULE,    /* 这是一个宏,指向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
    .open    =   button_open,
    .release =   button_close, 
    .read    =   button_read,
};


/*
 * 执行“insmod mini2440_buttons.ko”命令时就会调用这个函数
 */
 int button_major;
static int __init button_init(void)
{
    /* 注册字符设备驱动程序
     * 参数为主设备号、设备名字、file_operations结构;
     * 这样,主设备号就和具体的file_operations结构联系起来了,
     * 操作主设备为BUTTON_MAJOR的设备文件时,就会调用mini2440_buttons_fops中的相关成员函数
     * BUTTON_MAJOR可以设为0,表示由内核自动分配主设备号
     */
    //ret = register_chrdev(BUTTON_MAJOR, DEVICE_NAME, &mini2440_buttons_fops);
    button_major = register_chrdev(0, DEVICE_NAME, &buttons_fops);
   
    if (button_major < 0) {
      printk(DEVICE_NAME " can't register major number\n");
      return button_major;
    }


    button_class = class_create(THIS_MODULE, DEVICE_NAME); //创建类
    button_class_dev = device_create(button_class, NULL, MKDEV(button_major, 0), NULL, DEVICE_NAME); /* 创建设备/dev/buttons */


    printk(DEVICE_NAME " initialized\n");
    return 0;
}


/*
 * 执行”rmmod mini2440_buttons.ko”命令时就会调用这个函数 
 */
static void __exit button_exit(void)
{
    /* 卸载驱动程序 */
    device_unregister(button_class_dev); //删除设备
    class_destroy(button_class);           //删除类,顺序不能颠倒
    unregister_chrdev(button_major, DEVICE_NAME);
}


/* 这两行指定驱动程序的初始化函数和卸载函数 */
module_init(button_init);
module_exit(button_exit);


/* 描述驱动程序的一些信息,不是必须的 */
MODULE_AUTHOR("DreamCatcher");             // 驱动程序的作者
MODULE_DESCRIPTION("MINI2440 BUTTON Driver");   // 一些描述信息
MODULE_LICENSE("GPL"); //版权信息


2、编写本目录下的Makefile文件

KERN_DIR = /work/armlinux/linux-2.6.32.2

all:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules

clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
    rm -rf modules.order

obj-m := mini2440_buttons.o

3、测试

为了测试该驱动程序,我们还需要编写一个简单的测试程序,在友善官方提供的光盘中已经提供了该测试程序的源代码

 #include <stdio.h>
#include <stdlib.h>
#include <unistd.h>
#include <sys/ioctl.h>
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <errno.h>
int main(void)
{
 int buttons_fd;
 char buttons[6] = {'0', '0', '0', '0', '0', '0'}; //定义按键值变量,对于驱动函数中的key_values 数组
 buttons_fd = open("/dev/buttons", 0); /*打开按键设备/dev/buttons*/
 if (buttons_fd < 0) {
  perror("open device buttons"); /*打开失败则退出*/
  exit(1);
 }
 for (;;) { /*永读按键并打印键值和状态*/
  char current_buttons[6];
  int count_of_changed_key;
  int i;
/*使用read 函数读取一组按键值(6 个)*/
  if (read(buttons_fd, current_buttons, sizeof current_buttons) != sizeof current_buttons) {
   perror("read buttons:");
   exit(1);
  }
/*逐个分析读取到的按键值*/
  for (i = 0, count_of_changed_key = 0; i < sizeof buttons / sizeof buttons[0]; i++) {
   if (buttons[i] != current_buttons[i]) {
    buttons[i] = current_buttons[i];
/*打印按键值,并标明按键按下/擡起的状态*/
    printf("%skey %d is %s", count_of_changed_key? ", ": "", i+1, buttons[i] == '0' ? "up" : "down");
    count_of_changed_key++;
   }
  }
  if (count_of_changed_key) {
   printf("\n");
  }
 }
 close(buttons_fd); /*关闭按键设备文件*/
 return 0;
}

编译后进行测试:

root@MINI2440:/lib/modules/2.6.32.2# insmod mini2440_buttons.ko
buttons initialized
root@MINI2440:/lib/modules/2.6.32.2# cd /opt
root@MINI2440:/opt# ls
Helloword       backlight_test  buttons_test    led_test
root@MINI2440:/opt# ./buttons_test
key 1 is down
key 1 is up
key 2 is down
key 2 is up
key 3 is down
key 3 is up

此驱动程序还存在不少问题,首先对于request_irq函数的用法,目前只查到韦东山的书中描述的用法,在网上没有查到关于参数flags,如设置为中断的触发方式时,会调用irq_desc[irq]结构中的chip->set_type成员函数进行设置:设置引脚功能为外部中断,设置中断触发方式。当然这样设置没有错误,否则驱动也不能正常运行了,自己对于内核的讲解也是一知半解,后续将按照网上大部分的设置方式对驱动进行更改。

其次,按键没有去抖动,后续将参照网上的方法进行更改。

 

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