按键中断驱动实例

1  实验目的
（1）了解按键原理及其与S3C2410的接口电路设计

（2）了解S3C2410芯片的外部中断处理机制

（3）掌握按键中断驱动的编写及测试过程

2  实验原理

（1）按键的硬件原理

在嵌入式系统中，按键的硬件原理比较简单，通过一个上拉电阻将处理器的外部中断（或GPIO）引脚拉高，电阻的另一端连接按键并接地即可实现。如图2-1所示：

 图

2-1按键接口电路

仔细看图2-1，不难知道，当按键被按下时，EINT0上将产生低电平，这个低电平将中断CPU，CPU可以依据中断判断按键被按下。

（2）按键“消抖”

所有按键、触摸屏等机械设备都存在一个固有的问题，那就是"抖动"，按键从最初接通到稳定接通要经过数毫秒乃至数十毫秒，其间可能发生多次"接通―断开"的过程。因此仅仅依据中断被产生就认定有一次按键行为是很不准确的。如果不消除"抖动"的影响，一次按键可能被理解为多次按键。

消除按键抖动影响的方法是：在判断有键按下后，进行软件延时（如20ms，在延时过程中要屏蔽对应中断），再判断键盘状态，如果仍处于按键按下状态，则可以判定该按键被按下。图2-2是典型的包含消抖功能的按键中断处理流程。

图2-2 按键中断处理流程

3  实验任务

（1）编写按键中断设备驱动程序，驱动程序中手动定义设备名称及主设备号为213，实现与BUTTON设备相应的端口配置，中断的申请，以及读写设备的接口函数等。

（2）将驱动编译成模块，并实现模块的加载及卸载。

（3）编写驱动的测试程序，在程序中实现打开BUTTON设备和LED设备，主循环中不断读取按键的状态，当按键按下时，控制LED亮一段时间（1S左右）后灭掉。

4. 实验步骤

以下操作都在nfs文件系统目录（/home/kernel/rootfs/rootfs）下进行,因此先执行如下命令。获取

cd /home/kernel/rootfs/rootfs

（1）编写led.c文件

建立led目录：

mkdir usr/button

进入button目录，在该目录下建立两个子目录driver 和test ，前者用来存放驱动程序，后者用来存放驱动测试程序：

cd usr/ button

mkdir driver test

进入驱动程序目录，建立设备驱动文件button.c：

cd driver 

vi button.c

按键驱动程序如下button.c所示：

/*************************** 头文件 ***************************/

#include <linux/kernel.h>

#include <linux/module.h>

#include <linux/device.h>

#include <linux/types.h>

#include <linux/version.h>

#include <linux/ioctl.h>

#include <linux/errno.h>

#include <linux/delay.h>

#include <linux/init.h>

#include <linux/cdev.h>

#include <linux/fs.h>

#include <asm/uaccess.h>

#include <asm/io.h>

#include <asm/arch/regs-gpio.h>

#include <linux/irq.h>

#include <linux/interrupt.h>

 

//*********************** 定义设备结构体及相关宏 ***************************

#define DEVICE_NAME          "button"         //定义设备名

#define DEVICE_MAJOR        213      //手动定义BUTTON设备的主设备号为213

static int button_major = DEVICE_MAJOR ;

 

#define BUTTON_IRQ IRQ_EINT0  //定义BUTTON对应S3C2410的外部中断0

#define BUTTON S3C2410_GPF0   //定义BUTTON对应S3C2410的GPF0端口

#define     BUTTON_EINT0 S3C2410_GPF0_EINT0

#define     BUTTON_INP S3C2410_GPF0_INP

 

#define BUTTON_UP     0  //按键抬起状态

#define BUTTON_DOWN       1  //按键按下状态

#define BUTTON_X        2  //不确定状态，本实例中可理解为抖动状态

 

//定义BUTTON设备结构体

struct button_dev

{

         struct cdev cdev;  //BUTTON设备对应一个字符设备结构体

         int status;  //按键状态标识：抬起、按下、抖动

};

static struct button_dev dev;

 

//***************************** 函数声明 *********************************

void s3c2410_button_s3c2410_button_InitIO(void);  //初始化IO端口的函数

 

/*

 ******************************s3c2410_button_InitIO**********************

 *描述     :初始化IO端口

 *参数     :无

 *返回值:无

 *************************************************************************

 */

void s3c2410_button_InitIO(void)

{

         s3c2410_gpio_cfgpin(BUTTON,BUTTON_EINT0); //配置按键中断的端口为中断功能

}

 

 

/*

 ******************************isr_button()*******************************

 *描述     :EINT0的中断处理函数，设置按键状态为BUTTON_X

 *参数     :irq :中断号; dev_id；regs；

 *返回值:成功返回0

 *在linux/interrupt.h中定义了typedef irqreturn_t (*irq_handler_t)(int, void *);

 *************************************************************************

 */

static irqreturn_t isr_button(int irq,void *dev_id,struct pt_regs *regs)

{

         disable_irq(0);  //禁止中断

         dev.status = BUTTON_X;//将按键置为抖动状态，说明有按键中断，但不一定有键按下

         enable_irq(0);  //使能中断

         return 0;

}

 

 

/*

 **************************s3c2410_button_open()**************************

 *描述     :打开设备函数，向系统申请中断

 *参数     :struct inode *inode,struct file *filp

 *返回值:失败返回错误代码ret，成功返回0

 *************************************************************************

 */

static int s3c2410_button_open(struct inode *inode,struct file *filp)

{      

         int ret;

         ret=request_irq(BUTTON_IRQ,isr_button,IRQF_SAMPLE_RANDOM,DEVICE_NAME,NULL); //申请中断

         if(ret) {//申请失败

                   printk("BUTTON_IRQ: could not register interrupt\n");

                   return ret;

                   }

         return 0;

}

 

/*

 ************************s3c2410_button_release()*************************

 *描述     :注销设备函数，实现中断释放

 *参数     :struct inode *inode,struct file *filp

 *返回值:0

 *************************************************************************

 */

static int s3c2410_button_release(struct inode *inode,struct file *filp)

{

         free_irq(BUTTON_IRQ,NULL); //释放中断

         return 0;

}

 

/*

 **************************3c2410_button_ioctl()**************************

 *描述     :IO控制函数，本实例中不做任何事

 *参数     :cmd: 用户定义的IO控制命令; arg: 传递用户参数

 *返回值:0

 *************************************************************************

 */

static int s3c2410_button_ioctl(struct inode *inode,struct file *filp,

                                  unsigned int cmd,unsigned long arg)

{

         return 0;

}

 

/*

 **************************s3c2410_button_read()**************************

 *描述     :读函数，读取按键的状态

 *参数     :buffer: 用来存储按键状态;

         count: 用来记录用户读取了多少个字符

 *返回值:count：用户读取的字符数

 *************************************************************************

 */

static ssize_t s3c2410_button_read(struct file *filp,char *buffer,size_t count,loff_t *ppos)

{

         int ret = count  ;

         if(dev.status = BUTTON_X){//如果按键状态是BUTTON_X，说明有按键中断产生。

         msleep(20);                 //延时20毫秒去除按键抖动

         disable_irq(0);  //禁止中断

         s3c2410_gpio_cfgpin(BUTTON,BUTTON_INP); //配置按键中断的端口为输入功能

         if(!s3c2410_gpio_getpin(BUTTON)){//读取端口的值，如果是0说明按键按下

                                               dev.status = BUTTON_DOWN;

                                               }

         else dev.status = BUTTON_UP;  //如果为1，说明只是按键抖动

                                          //重新配置按键中断的端口为中断功能

         s3c2410_gpio_cfgpin(BUTTON,S3C2410_GPF0_EINT0);   

         enable_irq(0);  //使能中断

         }

        

         put_user(dev.status,(int *)buffer);    //将按键状态提交给用户

         return ret;

}

 

/*

 **************************3c2410_button_write()**************************

 *描述     :写操作函数，本实例中不做任何事

 *参数     :

 *返回值:count

 *************************************************************************

 */

static ssize_t s3c2410_button_write(struct file *filp,char *buffer,size_t count,loff_t *ppos)

{

         int ret = count;

         return ret;

}

 

/*

 **************************s3c2410_button_fops****************************

 *描述     :文件操作结构体，实现 s3c2410_button_open()等函数与open()等系统调用的连接

 *参数     :

 *返回值:

 *************************************************************************

 */

static struct file_operations s3c2410_button_fops = {

                   .owner   = THIS_MODULE,

                   .open        = s3c2410_button_open,

                   .release = s3c2410_button_release,

                   .ioctl   = s3c2410_button_ioctl,

                   .read    = s3c2410_button_read,

                   .write   = s3c2410_button_write,

};

 

/*

 **************************button_setup_cdev()****************************

 *描述     :安装模块的函数，在设备加载模块里面调用

 *参数     :无

 *返回值:无

 *************************************************************************

 */

static void button_setup_cdev(void)

{

                   int err,devno = MKDEV(button_major,0);

                   cdev_init(&dev.cdev,&s3c2410_button_fops);

                   dev.cdev.owner = THIS_MODULE;

                   dev.cdev.ops = &s3c2410_button_fops;

                   err = cdev_add(&dev.cdev,devno,1);

                   if(err)

                            printk("Error %d adding BUTTON%d",err);

}

 

/*

 ****************************s3c2410_button_init()************************

 *描述     :模块加载，IO及相关变量初始化

 *参数     :无

 *返回值:无

 *************************************************************************

 */

static int  s3c2410_button_init(void)

{

         int result;

         set_irq_type(BUTTON_IRQ,IRQT_FALLING); //设置外部中断0为下降沿中断

         dev_t devno = MKDEV(button_major,0);

         if(button_major)

                   result = register_chrdev_region(devno,1,DEVICE_NAME);

         else{

                   result = alloc_chrdev_region(&devno ,0 ,1,DEVICE_NAME);

                   button_major = MAJOR(devno);

         }

         if(result < 0)return result;

         button_setup_cdev();

         s3c2410_button_InitIO(); //初始化IO端口

         dev.status = BUTTON_UP; //初始化按键状态为抬起状态

         printk(DEVICE_NAME " initialized\n");

         return 0;

}

 

/*

 ****************************s3c2410_button_exit()************************

 *描述     :模块卸载

 *参数     :无

 *返回值:无

 *************************************************************************

 */

static void  s3c2410_button_exit(void)

{

         cdev_del(&dev.cdev); //注销设备

         unregister_chrdev_region(MKDEV(button_major,0),1); //释放设备号

}

module_init(s3c2410_button_init);

module_exit(s3c2410_button_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

（2）编写Makefile文件（主机的/home/kernel/rootfs/rootfs/usr/button/driver目录下）

vi Makefile

在该文件中加入以下内容:

#如果已定义KERNELRELEASE，则说明是从内核构造系统调用的，

#因此可利用其内建语句。

ifneq ($(KERNELRELEASE),)

         obj-m := button.o

#要构建的模块名称为button.ko,

#并由两个源文件生成（比如file1.c和file2.c）

         #module-objs := file1.o file2.o

#否则，是直接从命令行调用的，

#这时要调用内核构造系统。

else

KERNELDIR := /home/kernel/linux-2.6.24.4

PWD := $(shell pwd)

default:

         $(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(PWD) modules

endif

clean:

         rm -rf .*.cmd *.o *.mod.c *.ko .tmp_versions *.order *symvers

（3）编译

make

执行make命令进行编译，编译完成后，该目录下有一些文件，其中button.ko就是编译成功的模块文件。

（4）加载模块

首先设置内核以NFS方式加载根文件系统，在宿主机上运行minicom，加载完U-Boot，内核和nfs文件系统之后按回车键进入目标机shell控制台，在目标机控制台中输入模块加载命令：

insmod usr/led/driver/led.ko

insmod usr/button/driver/button.ko

如果输出“button initialized”，表示button设备驱动加载成功

（5）编写测试文件button_led.c（该测试程序还依赖LED的驱动）

进入宿主机的/home/kernel/rootfs/rootfs/usr/button/test目录。

cd /home/kernel/rootfs/rootfs/usr/button/test

vi button_led.c

驱动测试文件button_led.c如下所示：

#include <sys/stat.h>

#include <fcntl.h>

#include <stdio.h>

#include <sys/time.h>

#include <sys/types.h>

#include <unistd.h>

 

#define UP      0

#define DOWN        1

#define X         2

 

#define LED_ON     0

#define LED_OFF 1

int main()

{

         int fd0,fd1,i,j;

         int ret= 0;

         int button_status;

        

         fd0 = open("/dev/button",O_RDWR);//打开button设备fd0

         if (fd0 == -1) {//打开fd0设备失败

                   printf("open device button errr!\n");

                   return 0;

         }

        

         fd1 = open("/dev/led",O_RDWR);//打开led设备fd1

        if (fd1 == -1) {//打开fd1设备失败

                 printf("open device led errr!\n");

                 return 0;

         }

        

         ioctl(fd1,LED_OFF); //先熄灭D1

         printf("button test show. press ctrl+c to exit \n");

         while(1) {//主循环

                   read(fd0,&button_status,1);//读取按键的状态，看是否被按下

                   if(button_status == DOWN){//如果按键按下了

                            ioctl(fd1,LED_ON);  //点亮D1

                            for(i=0;i<300;i++)

                                     for(j=0;j<5000;j++);//延时一段时间

                                               ioctl(fd1,LED_OFF); //熄灭D1

                   }

                  

                   for(i=0;i<300;i++)

                            for(j=0;j<5000;j++);

         }

        

         close(fd0);//关闭fd0设备

         close(fd1);//关闭fd1设备

         return 0;

}

（6）编译测试程序

arm-linux-gcc -o led_button led_button.c

该命令的意思是使用的交叉编译器arm-linux-gcc对测试程序led_button.c进行编译，编译成功后在test目录下会生成目标机的可执行文件led_button。

（7）运行测试程序

创建设备

在目标机中，通过查看/proc/devices中注册进内核的设备条目及相关的设备号。进入/dev目录，创建设备，设备名为led，属于字符型设备，主设备号是212，次设备号是0；创建设备，设备名为button，属于字符型设备，主设备号是213，次设备号是0。（要与led.c和button.c文件中的定义相符）：

cat /proc/devices

cd /dev

mknod led c 212 0

mknod button c 213 0

  

./usr/button/test/led_button或/usr/led/test/led_button

（10）卸载模块

rmmod /dev/button

rmmod /dev/led

From：嵌入式Linux初级实验