FS2410开发板上的按键驱动程序（1）—基础知识

作者：赵明，华清远见嵌入式学院讲师。

中断编程基础

实际上，有很多Linux的驱动都是通过中断的方式来进行内核和硬件的交互。中断机制提供了硬件和软件之间异步传递信息的方式。硬件设备在发生某个事件时通过中断通知软件进行处理。中断实现了硬件设备按需获得处理器关注的机制，与查询方式相比可以大大节省CPU资源的开销。

在此将介绍在驱动程序中用于申请中断的request_irq()调用，和用于释放中断的free_irq()调用。request_irq()函数调用的格式如下所示：

int request_irq(unsigned int irq,
                void (*handler)(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs),
                unsigned long irqflags, const char * devname, oid *dev_id);

其中irq是要申请的硬件中断号。在Intel平台，范围是0～15。

参数handler为将要向系统注册的中断处理函数。这是一个回调函数，中断发生时，系统调用这个函数，传入的参数包括硬件中断号、设备id以及寄存器值。设备id就是在调用request_irq()时传递给系统的参数dev_id。

参数irqflags是中断处理的一些属性，其中比较重要的有SA_INTERRUPT。这个参数用于标明中断处理程序是快速处理程序（设置SA_INTERRUPT）还是慢速处理程序（不设置SA_INTERRUPT）。快速处理程序被调用时屏蔽所有中断。慢速处理程序只屏蔽正在处理的中断。还有一个SA_SHIRQ属性，设置了以后运行多个设备共享中断，在中断处理程序中根据dev_id区分不同设备产生的中断。

参数devname为设备名，会在/dev/interrupts中显示。

参数dev_id在中断共享时会用到。一般设置为这个设备的device结构本身或者NULL。中断处理程序可以用dev_id找到相应的控制这个中断的设备，或者用irq2dev_map()找到中断对应的设备。

释放中断的free_irq()函数调用的格式如下所示。该函数的参数与request_irq()相同。

void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);

按键工作原理

LED和蜂鸣器是最简单的GPIO的应用，都不需要任何外部输入或控制。按键同样使用GPIO接口，但按键本身需要外部的输入，即在驱动程序中要处理外部中断。按键硬件驱动原理图如图1所示。在图1的4 X 4矩阵按键（K1~K16）电路中，使用4个输入/输出端口（EINT0、EINT2、EINT11和EINT19）和4个输出端口（KSCAN0~KSCAN3）。

图1 按键驱动电路原理图

按键驱动电路使用的端口和对应的寄存器如表11-18所示。

表1 按键电路的主要端口

管脚

端口

输入/输出

EINT0

EINIT0/GPF0

输入/输出

EINT2

EINT2/GPF2

输入/输出

EINT11

EINT11/GPG3

输入/输出

EINT19

EINT19/GPG11

输入/输出

管脚

端口

输入/输出

KEYSCAN0

GPE11

输出

KEYSCAN1

GPG6

输出

KEYSCAN2

GPE13

输出

KEYSCAN3

GPG2

输出

 

 

 

因为通常中断端口是比较珍贵且有限的资源，所以在本电路设计中，16个按键复用了4个中断线。那怎么样才能及时而准确地对矩阵按键进行扫描呢？

某个中断的产生表示，与它所对应的矩阵行的4个按键中，至少有一个按键被按住了。因此可以通过查看产生了哪个中断，来确定在矩阵的哪一行中发生了按键操作（按住或释放）。例如，如果产生了外部2号线中断（EINT2变为低电平），则表示K7、K8、K9和K15中至少有一个按键被按住了。这时候4个EINT端口应该通过GPIO配置寄存器被设置为外部中断端口，而且4个KSCAN端口的输出必须为低电平。

在确定按键操作所在行的位置之后，我们还得查看按键操作所在列的位置。此时要使用KSCAN端口组，同时将4个EINT端口配置为通用输入端口（而不是中断端口）。在4个KSCAN端口中，轮流将其中某一个端口的输出置为低电平，其他3个端口的输出置为高电平。这样逐列进行扫描，直到按键所在列的KSCAN端口输出为低电平，此时按键操作所在行的EINT管脚的输入端口的值会变成低电平。例如，在确认产生了外部2号中断之后，进行逐列扫描。若发现在KSCAN1为低电平时（其他端口输出均为高电平），GPF2（EINT2管脚的输入端口）变为低电平，则可以断定按键K8被按住了。

以上的讨论都是在按键的理想状态下进行的，但实际的按键动作会在短时间（几毫秒至几十毫秒）内产生信号抖动。例如，当按键被按下时，其动作就像弹簧的若干次往复运动，将产生几个脉冲信号。一次按键操作将会产生若干次按键中断，从而会产生抖动现象。因此驱动程序中必须要解决去除抖动所产生的毛刺信号的问题。