嵌入式Linux驱动开发(三)——字符设备驱动之查询的方式获取按键值

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之前的文章讨论了字符设备驱动的框架以及通过自负设备驱动程序来控制开发板上的LED
嵌入式Linux驱动开发(一)——字符设备驱动框架入门
嵌入式Linux驱动开发(二)——字符设备驱动之控制LED

在这里我们可以简单的复习一下。
首先,字符设备驱动程序的框架核心是file_operations结构体,其中注册上层应用和底层驱动程序的对应关系。正式通过这个结构体,应用层的write才能找到驱动程序中与之相对应的硬件操作的函数。如果这样理清了思路,就很容易看到,入口函数和出口函数的目的,就是告诉内核我们自己写的file_operations结构体的内容是啥,也就告诉内核上层和底层的映射关系是什么。

其次,对于控制LED来说,主要是对框架的实践,操作硬件的原理也很简单,主要是操作与之相对应的寄存器的值。而,驱动程序和单片机程序操作寄存器的区别在于,驱动程序操作的虚拟地址,而单片机程序操作的是物理地址,其核心的原理完全相同。

那么我们通过了写入寄存器相应的数据,来完成了LED的控制,主要是建立了write的映射关系,那么在上层应用中,还有一个很常用的函数,就是read函数。我们应该如何做呢?

如果我们查看定义在fs.h文件中的file_operations结构体,可以看到其中有read属性,那么很自然的我们就能想到,用这个属性来映射他们之间的关系即可。

思路清晰明确!Let's go!

首先,我们阅读一下原理图,大致知道该硬件上面的按键是什么样的情况。下面是按键的接线原理图:

按键的原理图

通过接线原理图,很容易看到,如果当按键按下后,电路和地线相连,此时EINTx 的线上应该是低电平。如果这时候与对应的按键连线的引脚设置为输入引脚,我们只要检测出低电平就说明按键被按下了。
思路有更加清晰了一步。

EINT0和EINT2
EINT11
EINT19

参照原理图我们找到了与这几个按键连接的引脚,都是来自于2440芯片,接下来的事应该说比较明确了,就是查看2440手册,看看如何配置这几个引脚为输入引脚即可。

GPF芯片手册
GPG芯片手册

查看上面的芯片手册,很容易看到,他们的配置方法和操作LED差不多,只需要映射物理地址,按位将它们对应寄存器的值设置即可。我们不断的从他的数据寄存器中读取按键值即可。

那么开发板上有多个按键,我们应该如何区分呢?因为不同的按键所属的寄存器中的位并不相同,我们根据寄存器内的值的变化也就可以确定出来,到底是哪个按键被按下了。

既然我们已经知道了硬件的原理,接下来的事就剩搭框架和写硬件相关的代码了。那么开始动手吧!

//驱动程序
#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/hardware.h>

//创建设备节点用的class和class_device
static struct class* ninth_class; 
static struct class_device* ninth_class_device;

//设备名
static const char* dev_name = "ninth_button_driver";

//初始主设备号设置为0,方便系统自动分配
static int major = 0;
 
//GPF 0, 2的寄存器
static volatile unsigned int* gpfcon = NULL;
static volatile unsigned int* gpfdat = NULL;

//GPG 3, 11的寄存器
static volatile unsigned int* gpgcon = NULL;
static volatile unsigned int* gpgdat = NULL;



static int ninth_open (struct inode *inode, struct file *file)
{       //设置寄存器对应位为输入引脚,根据手册按位设置为00,直接按位清零即可
    *gpfcon &= ~(((0x3 << (0 * 2)) | (0x3 << (2 * 2))));
    *gpgcon &= ~(((0x3 << (3 * 2)) | (0x3 << (11 * 2))));
    return 0;
}


static ssize_t ninth_read (struct file *file, char __user *buff, size_t size, loff_t *ppos)
{      
      //思路:read函数被调用,读取寄存器中的数据,按照按键的不同数据放在read读取参数的不同位
       //比如,按键一对应最低位;按键二对应低二位以此类推
       //应用程序只需要根据这个数值即可判断是哪个按键被按下

       //读取第一个按键,并放在最低位
    volatile unsigned int value = 0, temp = 0; 
    temp = 0x1 & *gpfdat;
    value = temp;

        //读取第二个按键,并放在低二位
    temp = (((0x1 << 2) & *gpfdat) >> 1); 
    value |= temp;

        //读取第三个按键,并放在低三位
    temp = (((0x1 << 3) & *gpgdat) >> 1); 
    value |= temp;

        //读取第四个按键,并放在低四位
    temp = (((0x1 << 11) & *gpgdat) >> 8);
    value |= temp;
    
        //将数据发送给用户空间
    copy_to_user(buff, &value, 4);

    return 0;
}


static struct file_operations ninth_fops = 
{
    .owner  =  THIS_MODULE,
    .open   =  ninth_open,
    .read   =  ninth_read,
};

//入口函数,注册相关内容,在此不赘述,需要了解请查看之前的文章
static int __init ninth_init(void)
{
    major = register_chrdev(major, dev_name, &ninth_fops);

    ninth_class = class_create(THIS_MODULE, dev_name);
    ninth_class_device = class_device_create(ninth_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, dev_name);

    gpfcon = (volatile unsigned int*) ioremap(0x56000050, 8);
    gpgcon = (volatile unsigned int*) ioremap(0x56000060, 8);
    gpfdat = gpfcon + 1;
    gpgdat = gpgcon + 1;

    printk("init\n");
    return 0;
}

//出口函数
static void __exit ninth_exit(void)
{
    unregister_chrdev(major, dev_name);

    class_device_unregister(ninth_class_device);
    class_destroy(ninth_class); 

    iounmap(gpfcon);

    printk("exit\n");
    iounmap(gpgcon);
}


module_init(ninth_init);
module_exit(ninth_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("Ethan Lee <4128127@qq.com>");
//测试程序
//我的测试函数写的比较简单了,没有根据数据来判断具体哪个按键被按下了,但每次按键都应该会打印不同的信息则说明正确
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>


int main(void)
{
        //打开设备
    int fd = open("/dev/ninth_button_driver", O_RDWR);
    if(fd < 0)  printf("open ERROR\n");
    
    int value = 0, i = 0;

        //死循环,不断的从驱动那边read结果,一旦发现数值变化了,立刻答应,否则不打印。
    for(;;)
    {
        int temp = value;
        read(fd, &value, 4); //读取数据
        if(value != temp)      //数据与暂存的数据不同就答应,否则继续read
            printf("%d\t%d\n",i++ ,value);

    }
    
    
    return 0;
}
#Makefile
KERN_DIR=/code/LinuxDev/Lab/KernelOfLinux/linux-2.6.22.6    #内核目录

all:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules #M=`pwd`表示,生成的目标放在pwd命令的目录下                                             # -C代表使用目录中的Makefile来进行编译

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

obj-m += ninth.o #加载到module的编译链中,内核会编译生成出来ko文件,作为一个模块

测试结果:

测试结果

根据测试结果可以看出,当按下不同的按键都会按位操作read的值,个怒不同的值可以做出判断具体事哪个按键被按下了。

以上这种方式解决了我们读取按键的功能驱动,但是,这里面存在一个问题,就是,这样虽然可以读取键值,根据不同的键值来判断到底哪个按键被按下了,但未免有点不友好,需要记住这么多键值,稍微不注意也会出错,实在不是非常好的解决方案,那么我们有没有别的方法来避免使用这样的键值呢?

方法其实很多找那个,为了节省内存,我将这些数据放置在了同一个变量中进行操作,同样这里可以传递数组,通过数组获取对应的键值就会容易很多。但是这两种方法从本质上说,并没有多大的差别,但是操作上面会简单一些。

那么我们已经实现了读取键值的工作,是不是这其中就没有什么问题了呢?

显然不是!还有一个关键性的问题等着我们。那就是这个测试程序通过死循环来不断从驱动程序获取数据,即使按键没有按下测试程序还是在不断的read,导致资源大量浪费,使用top命令查看程序资源消耗情况:

资源占用情况

由上面的测试结果我们看到,button的测试程序的CPU使用率高达99%,严重占用了资源,这样的程序自然不是我们希望看到的。

那么解决方案是什么呢?我们现在还没有办法来解决这个问题,那么请等我接下来的一篇文章来告诉你如何解决这个问题吧。

嵌入式Linux驱动开发(四)——字符设备驱动之中断方式以及中断方式获取按键值

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