蜕变成蝶：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

C

#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

C

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

C

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

C

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

C

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

C

/*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

C

/*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

C

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。

C

//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：

C

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。

C

//按键设备驱动的读函数 static ssize t s3c2410 key read (struct file *filp,char *buf,ssize tcount, 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;     }