Linux下的按键输入驱动开发

柔情峡谷

之前的文章中，介绍了各种各样的花式点灯方法，其本质都是通过操作GPIO输出高低电平，控制灯的亮灭。按键驱动也是要操作GPIO，只不过是要读取GPIO的高低电平。在驱动程序中使用一个整形变量来表示按键值，应用程序通过read函数来读取按键值，判断按键有没有按下
如下图示，本文中使用的开发板按键KEY0与芯片的UART1_CTS引脚相连接，并接了一个10K的上拉电阻，因此当按键没有按下时UART1_CTS是高电平，当按键按下后UART1_CTS就是低电平


下图为基于pinctrl与gpio子系统的按键输入驱动模板，接下来根据此模板，进行代码的编写：


1. 修改设备树文件

⏩ 添加pinctrl节点：在iomuxc节点的imx6ul-evk子节点下创建pinctrl_key节点，将UART1_CTS_B复用为GPIO1_IO18
pinctrl_key: keygrp {
    fsl,pins = <
        MX6UL_PAD_UART1_CTS_B__GPIO1_IO18 0xF080
    >;
};⏩ 添加key设备节点：在根节点下创建KEY设备节点，设置PIN对应的pinctrl节点，指定所使用的的GPIO
key {
    #address-cells = <1>;
    #size-cells = <1>;
    compatible = "andyxi-key";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_key>;
    key-gpio = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>;
    status = "okay";
};⏩ 检查PIN是否冲突：检查pinctrl和设备节点中指定的引脚有没有被占用

• 检查UART1_CTS_B有没有被其他的pinctrl节点使用
  
• 检查GPIO1_IO18有没有被其他设备节点占用
  

⏩ 编译设备树：编译并使用该设备树启动Linux系统
#在内核根目录下
make dtbs  #编译设备树
#启动Linux系统后
cd /proc/device-tree #查看"key"节点是否存在2. 编写驱动程序

设备树准备好后就可以编写驱动程序了，新建 key.c 文件，编写程序
⏩ 定义按键设备结构体，其中键值变量是个共享资源，驱动程序会向其写入键值，应用程序要读取键值，因此这里使用原子操作对变量进行赋值以及读取
#define KEY_CNT   1      //设备号个数
#define KEY_NAME  "key"  //名字
/* 定义按键值 */
#define KEY0VALUE  0XF0     //按键值
#define INVAKEY   0X00      //无效的按键值
/* key设备结构体 */
struct key_dev{
    dev_t devid;            //设备号
    struct cdev cdev;       //cdev
    struct class *class;    //类
    struct device *device;  //设备
    int major;              //主设备号
    int minor;              //次设备号
    struct device_node *nd; //设备节点
    int key_gpio;           //key所使用的GPIO编号
    atomic_t keyvalue;      //按键值
};

struct key_dev keydev;      //key设备⏩ 编写初始化按键IO函数
static int keyio_init(void)
{
    keydev.nd = of_find_node_by_path("/key");
    if (keydev.nd== NULL) {
        return -EINVAL;
    }

    keydev.key_gpio = of_get_named_gpio(keydev.nd ,"key-gpio", 0);
    if (keydev.key_gpio < 0) {
        printk("can't get key0\r\n");
        return -EINVAL;
    }
    printk("key_gpio=%d\r\n", keydev.key_gpio);
    /* 初始化key所使用的IO */
    gpio_request(keydev.key_gpio, "key0");  //请求IO
    gpio_direction_input(keydev.key_gpio);  //设置为输入
    return 0;
}
⏩ 编写设备操作函数，打开设备时，调用按键初始化函数
static int key_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    int ret = 0;
    filp->private_data = &keydev;  //设置私有数据

    ret = keyio_init();            //初始化按键IO
    if (ret < 0) {
        return ret;
    }
    return 0;
}
/* 从设备读取数据 */
static ssize_t key_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
    int ret = 0;
    int value;
    struct key_dev *dev = filp->private_data;

    if (gpio_get_value(dev->key_gpio) == 0) {    //key0按下
        while(!gpio_get_value(dev->key_gpio));   //等待按键释放
        atomic_set(&dev->keyvalue, KEY0VALUE);
    } else {
        atomic_set(&dev->keyvalue, INVAKEY);     //无效的按键值
    }

    value = atomic_read(&dev->keyvalue);
    ret = copy_to_user(buf, &value, sizeof(value));
    return ret;
}
/* 向设备写数据  */
static ssize_t key_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
    return 0;
}
/* 关闭/释放设备 */
static int key_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
    return 0;
}

/* 设备操作函数 */
static struct file_operations key_fops = {
    .owner = THIS_MODULE,
    .open = key_open,
    .read = key_read,
    .write = key_write,
    .release =  key_release,
};⏩ 驱动入口函数中，创建按键设备
static int __init mykey_init(void)
{
    /* 初始化原子变量 */
    atomic_set(&keydev.keyvalue, INVAKEY);
    /* 注册字符设备驱动 */
    /* 1、创建设备号 */
    if (keydev.major) {      //定义了设备号
        keydev.devid = MKDEV(keydev.major, 0);
        register_chrdev_region(keydev.devid, KEY_CNT, KEY_NAME);
    } else {                 //没有定义设备号
        alloc_chrdev_region(&keydev.devid, 0, KEY_CNT, KEY_NAME);
        keydev.major = MAJOR(keydev.devid);
        keydev.minor = MINOR(keydev.devid);
    }
    /* 2、初始化cdev */
    keydev.cdev.owner = THIS_MODULE;
    cdev_init(&keydev.cdev, &key_fops);
    /* 3、添加一个cdev */
    cdev_add(&keydev.cdev, keydev.devid, KEY_CNT);
    /* 4、创建类 */
    keydev.class = class_create(THIS_MODULE, KEY_NAME);
    if (IS_ERR(keydev.class)) {
        return PTR_ERR(keydev.class);
    }
    /* 5、创建设备 */
    keydev.device = device_create(keydev.class, NULL, keydev.devid, NULL, KEY_NAME);
    if (IS_ERR(keydev.device)) {
        return PTR_ERR(keydev.device);
    }

    return 0;
}⏩ 驱动出口函数中，注销按键设备
static void __exit mykey_exit(void)
{
    /* 注销字符设备驱动 */
    cdev_del(&keydev.cdev);
    unregister_chrdev_region(keydev.devid, KEY_CNT);
    device_destroy(keydev.class, keydev.devid);
    class_destroy(keydev.class);
}

module_init(mykey_init);
module_exit(mykey_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");3. 编写测试程序

新建名为 keyApp.c的文件，并编写测试代码
/* 定义按键值 */
#define KEY0VALUE 0XF0
#define INVAKEY   0X00

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd, ret;
    char *filename;
    int keyvalue;

    if(argc != 2){
        printf("Error Usage!\r\n");
        return -1;
    }

    filename = argv[1];
    fd = open(filename, O_RDWR);
    if(fd < 0){
        printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
        return -1;
    }
    /* 循环读取按键值数据！ */
    while(1) {
        read(fd, &keyvalue, sizeof(keyvalue));
        if (keyvalue == KEY0VALUE) {
            printf("KEY0 Press, value = %#X\r\n", keyvalue);
        }
    }

    ret= close(fd);
    if(ret < 0){
        printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
        return -1;
    }
    return 0;
}4. 编译测试

⏩ 编译驱动程序：当前目录下创建Makefile文件，并make编译
KERNELDIR := /home/andyxi/linux/kernel/linux-imx-rel_imx_4.1.15_2.1.0_ga_andyxi
CURRENT_PATH := $(shell pwd)
obj-m := key.o

build: kernel_modules

kernel_modules:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) modules
clean:
$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean
⏩ 编译测试程序：无需内核参与，直接编译即可
arm-linux-gnueabihf-gcc keyApp.c -o keyApp⏩ 运行测试：启动开发板后，加载驱动模块后，按下KEY0按键，keyApp就会获取并且输出按键信息
depmod                     #第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe key.ko            #加载驱动
# 运行测试程序后，终端显示界面如下图
./keyApp /dev/key