《STM32MP157嵌入式Linux驱动开发指南》第二十九章 Linux按键实验
本帖最后由 正点原子 于 2021-6-30 18:56 编辑1）实验平台：正点原子STM32MP157开发板
2)章节摘自【正点原子】《STM32MP157嵌入式Linux驱动开发指南》
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第二十九章 Linux按键输入实验
在前几章我们都是使用的GPIO输出功能，还没有用过GPIO输入功能，本章我们就来学习一下如果在Linux下编写GPIO输入驱动程序。正点原子的STM32MP1开发板上有三个按键，我们就使用这些按键来完成GPIO输入驱动程序，同时利用第二十七章讲的原子操作来对按键值进行保护。
29.1 Linux下按键驱动原理
按键驱动和LED驱动原理上来讲基本都是一样的，都是操作GPIO，只不过一个是读取GPIO的高低电平，一个是从GPIO输出高低电平。本章我们实现按键输入，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。在这里，这个保存按键值的变量就是个共享资源，驱动程序要向其写入按键值，应用程序要读取按键值。所以我们要对其进行保护，对于整形变量而言我们首选的就是原子操作，使用原子操作对变量进行赋值以及读取。Linux下的按键驱动原理很简单，接下来开始编写驱动。
注意，本章例程只是为了演示Linux下GPIO输入驱动的编写，实际中的按键驱动并不会采用本章中所讲解的方法，Linux下的input子系统专门用于输入设备！
29.2 硬件原理图分析
开发板上有三个按键:KEY0、KEY1和WK_UP，原理图如图 29.2.1 所示：
图29.2.1 按键原理图
从图 29.2.1 可以看出，按键 KEY0 、KEY1和WK_UP这三个按键分别连接到正点原子STM32MP1开发板的PG3、PH7和PA0这三个IO上。本节我们只用到KEY0这个按键，从图29.2.1可以看出，KEY0接了一个 10K 的上拉电阻，因此 KEY0 没有按下的时候PG3应该是高电平，当 KEY0按下以后PG3就是低电平。
29.3 实验程序编写
本实验对应的例程路径为：开发板光盘1、程序源码2、Linux驱动例程11_key
29.3.1 修改设备树文件
在根节点“/”下创建KEY节点，节点名为“key”，节点内容如下：
示例代码29.3.1.1 创建KEY节点
1 key {
2 compatible = "alientek,key";
3 status = "okay";
4 key-gpio = <&gpiog 3 GPIO_ACTIVE_LOW>;
5 };
第4行，key-gpio属性指定了KEY所使用的GPIO。
29.3.2 按键驱动程序编写
设备树准备好以后就可以编写驱动程序了，新建名为“11_key”的文件夹，然后在11_key文件夹里面创建vscode工程，工作区命名为“key”。工程创建好以后新建key.c文件，在key.c里面输入如下内容：
示例代码29.3.2.1 key.c文件代码
1 #include <linux/types.h>
2 #include <linux/kernel.h>
3 #include <linux/delay.h>
4 #include <linux/ide.h>
5 #include <linux/init.h>
6 #include <linux/module.h>
7 #include <linux/errno.h>
8 #include <linux/gpio.h>
9 #include <linux/cdev.h>
10#include <linux/device.h>
11#include <linux/of.h>
12#include <linux/of_address.h>
13#include <linux/of_gpio.h>
14#include <linux/semaphore.h>
15#include <asm/mach/map.h>
16#include <asm/uaccess.h>
17#include <asm/io.h>
18/***************************************************************
19Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
20文件名 : key.c
21作者 : 正点原子Linux团队
22版本 : V1.0
23描述 : Linux按键输入驱动实验
24其他 : 无
25论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
26日志 : 初版V1.0 2021/01/5 正点原子Linux团队创建
27***************************************************************/
28#define KEY_CNT 1 /* 设备号个数 */
29#define KEY_NAME "key" /* 名字 */
30
31/* 定义按键值 */
32#define KEY0VALUE 0XF0 /* 按键值 */
33#define INVAKEY 0X00 /* 无效的按键值*/
34
35/* key设备结构体 */
36struct key_dev{
37 dev_t devid; /* 设备号 */
38 struct cdev cdev; /* cdev */
39 struct class *class; /* 类 */
40 struct device *device; /* 设备 */
41 int major; /* 主设备号 */
42 int minor; /* 次设备号 */
43 struct device_node*nd; /* 设备节点 */
44 int key_gpio; /* key所使用的GPIO编号 */
45 atomic_t keyvalue; /* 按键值 */
46};
47
48static struct key_dev keydev;/* key设备 */
49
50/*
51 * @description : 初始化按键IO，open函数打开驱动的时候
52 * 初始化按键所使用的GPIO引脚。
53 * @param : 无
54 * @return : 无
55 */
56static int keyio_init(void)
57{
58 int ret;
59 const char *str;
60
61 /* 设置LED所使用的GPIO */
62 /* 1、获取设备节点：keydev */
63 keydev.nd = of_find_node_by_path("/key");
64 if(keydev.nd == NULL) {
65 printk("keydev node not find!\r\n");
66 return -EINVAL;
67 }
68
69 /* 2.读取status属性 */
70 ret = of_property_read_string(keydev.nd, "status", &str);
71 if(ret < 0)
72 return -EINVAL;
73
74 if (strcmp(str, "okay"))
75 return -EINVAL;
76
77 /* 3、获取compatible属性值并进行匹配 */
78 ret = of_property_read_string(keydev.nd, "compatible", &str);
79 if(ret < 0) {
80 printk("keydev: Failed to get compatible property\n");
81 return -EINVAL;
82 }
83
84 if (strcmp(str, "alientek,key")) {
85 printk("keydev: Compatible match failed\n");
86 return -EINVAL;
87 }
88
89 /* 4、 获取设备树中的gpio属性，得到KEY0所使用的KYE编号 */
90 keydev.key_gpio = of_get_named_gpio(keydev.nd, "key-gpio", 0);
91 if(keydev.key_gpio < 0) {
92 printk("can't get key-gpio");
93 return -EINVAL;
94 }
95 printk("key-gpio num = %d\r\n", keydev.key_gpio);
96
97 /* 5.向gpio子系统申请使用GPIO */
98 ret = gpio_request(keydev.key_gpio, "KEY0");
99 if (ret) {
100 printk(KERN_ERR "keydev: Failed to request key-gpio\n");
101 return ret;
102 }
103
104 /* 6、设置PG3输入模式 */
105 ret = gpio_direction_input(keydev.key_gpio);
106 if(ret < 0) {
107 printk("can't set gpio!\r\n");
108 return ret;
109 }
110 return 0;
111 }
112
113 /*
114* @description : 打开设备
115* @param – inode : 传递给驱动的inode
116* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
117* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
118* @return : 0 成功;其他 失败
119*/
120 static int key_open(struct inode *inode, struct file *filp)
121 {
122 int ret = 0;
123 filp->private_data = &keydev; /* 设置私有数据 */
124
125 ret = keyio_init(); /* 初始化按键IO */
126 if (ret < 0) {
127 return ret;
128 }
129
130 return 0;
131 }
132
133 /*
134* @description : 从设备读取数据
135* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
136* @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
137* @param - cnt : 要读取的数据长度
138* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
139* @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
140*/
141 static ssize_t key_read(struct file *filp, char __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt)
142 {
143 int ret = 0;
144 int value;
145 struct key_dev *dev = filp->private_data;
146
147 if (gpio_get_value(dev->key_gpio) == 0) { /* key0按下 */
148 while(!gpio_get_value(dev->key_gpio)); /* 等待按键释放 */
149 atomic_set(&dev->keyvalue, KEY0VALUE);
150 } else {
151 atomic_set(&dev->keyvalue, INVAKEY); /* 无效的按键值 */
152 }
153
154 value = atomic_read(&dev->keyvalue);
155 ret = copy_to_user(buf, &value, sizeof(value));
156 return ret;
157 }
158
159 /*
160* @description : 向设备写数据
161* @param - filp : 设备文件，表示打开的文件描述符
162* @param - buf : 要写给设备写入的数据
163* @param - cnt : 要写入的数据长度
164* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
165* @return : 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
166*/
167 static ssize_t key_write(struct file *filp, const char __user *buf,
size_t cnt, loff_t *offt)
168 {
169 return 0;
170 }
171
172 /*
173* @description : 关闭/释放设备
174* @param - filp : 要关闭的设备文件(文件描述符)
175* @return : 0 成功;其他 失败
176*/
177 static int key_release(struct inode *inode, struct file *filp)
178 {
179 struct key_dev *dev = filp->private_data;
180 gpio_free(dev->key_gpio);
181
182 return 0;
183 }
184
185 /* 设备操作函数 */
186 static struct file_operations key_fops = {
187 .owner = THIS_MODULE,
188 .open = key_open,
189 .read = key_read,
190 .write = key_write,
191 .release =key_release,
192 };
193
194 /*
195* @description : 驱动入口函数
196* @param : 无
197* @return : 无
198*/
199 static int __init mykey_init(void)
200 {
201 int ret;
202 /* 1、初始化原子变量 */
203 keydev.keyvalue= (atomic_t)ATOMIC_INIT(0);
204
205 /* 2、原子变量初始值为INVAKEY */
206 atomic_set(&keydev.keyvalue, INVAKEY);
207
208 /* 注册字符设备驱动 */
209 /* 1、创建设备号 */
210 if (keydev.major) { /*定义了设备号 */
211 keydev.devid = MKDEV(keydev.major, 0);
212 ret = register_chrdev_region(keydev.devid, KEY_CNT,
KEY_NAME);
213 if(ret < 0) {
214 pr_err("cannot register %s char driver \n", KEY_NAME, KEY_CNT);
215 return -EIO;
216 }
217 } else { /* 没有定义设备号 */
218 ret = alloc_chrdev_region(&keydev.devid, 0, KEY_CNT,
KEY_NAME); /* 申请设备号 */
219 if(ret < 0) {
220 pr_err("%s Couldn't alloc_chrdev_region, ret=%d\r\n",
KEY_NAME, ret);
221 return -EIO;
222 }
223 keydev.major = MAJOR(keydev.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
224 keydev.minor = MINOR(keydev.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
225 }
226 printk("keydev major=%d,minor=%d\r\n",keydev.major,
keydev.minor);
227
228 /* 2、初始化cdev */
229 keydev.cdev.owner = THIS_MODULE;
230 cdev_init(&keydev.cdev, &key_fops);
231
232 /* 3、添加一个cdev */
233 cdev_add(&keydev.cdev, keydev.devid, KEY_CNT);
234 if(ret < 0)
235 goto del_unregister;
236
237 /* 4、创建类 */
238 keydev.class = class_create(THIS_MODULE, KEY_NAME);
239 if (IS_ERR(keydev.class)) {
240 goto del_cdev;
241 }
242
243 /* 5、创建设备 */
244 keydev.device = device_create(keydev.class, NULL, keydev.devid,
NULL, KEY_NAME);
245 if (IS_ERR(keydev.device)) {
246 goto destroy_class;
247 }
248 return 0;
249
250 destroy_class:
251 device_destroy(keydev.class, keydev.devid);
252 del_cdev:
253 cdev_del(&keydev.cdev);
254 del_unregister:
255 unregister_chrdev_region(keydev.devid, KEY_CNT);
256 return -EIO;
257 }
258
259 /*
260* @description : 驱动出口函数
261* @param : 无
262* @return : 无
263*/
264 static void __exit mykey_exit(void)
265 {
266 /* 注销字符设备驱动 */
267 cdev_del(&keydev.cdev); /*删除cdev */
268 unregister_chrdev_region(keydev.devid, KEY_CNT); /* 注销设备号 */
269
270 device_destroy(keydev.class, keydev.devid);
271 class_destroy(keydev.class);
272 }
273
274 module_init(mykey_init);
275 module_exit(mykey_exit);
276 MODULE_LICENSE("GPL");
277 MODULE_AUTHOR("ALIENTEK");
278 MODULE_INFO(intree, "Y");
第36~46行，结构体key_dev为按键的设备结构体，第45行的原子变量keyvalue用于记录按键值。
第56~111行，函数keyio_init用于初始化按键，从设备树中获取按键的gpio信息，然后设置为输入。这里将按键的初始化代码提取出来，将其作为独立的一个函数有利于提高程序的模块化设计。
第120~131行，key_open函数通过调用keyio_init函数来始化按键所使用的IO，应用程序每次打开按键驱动文件的时候都会初始化一次按键IO。
第141~157行，key_read函数，应用程序通过read函数读取按键值的时候此函数就会执行。第147行读取按键IO的电平，如果为0的话就表示按键按下了，如果按键按下的话第148等待按键释放。按键释放以后标记按键值为0XF0。
第199~257行，驱动入口函数，第206行调用atomic_set函数初始化原子变量默认为无效值。
第264~272行，驱动出口函数。
key.c文件代码很简单，重点就是key_read函数读取按键值，要对keyvalue进行保护。
29.3.3 编写测试APP
新建名为keyApp.c的文件，然后输入如下所示内容：
示例代码29.3.3.1 keyApp.c文件代码
1#include "stdio.h"
2#include "unistd.h"
3#include "sys/types.h"
4#include "sys/stat.h"
5#include "fcntl.h"
6#include "stdlib.h"
7#include "string.h"
8/***************************************************************
9Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
10 文件名 : keyApp.c
11 作者 : 正点原子Linux团队
12 版本 : V1.0
13 描述 : 按键输入测试应用程序
14 其他 : 无
15 使用方法 ：./keyApp /dev/key
16 论坛 : <a href="www.openedv.com" target="_blank">www.openedv.com</a>
17 日志 : 初版V1.0 2021/01/5 正点原子Linux团队创建
18 ***************************************************************/
19
20 /* 定义按键值 */
21 #define KEY0VALUE 0XF0
22 #define INVAKEY 0X00
23
24 /*
25* @description : main主程序
26* @param - argc : argv数组元素个数
27* @param - argv : 具体参数
28* @return : 0 成功;其他 失败
29*/
30 int main(int argc, char *argv[])
31 {
32 int fd, ret;
33 char *filename;
34 int keyvalue;
35
36 if(argc != 2){
37 printf("Error Usage!\r\n");
38 return -1;
39 }
40
41 filename = argv;
42
43 /* 打开key驱动 */
44 fd = open(filename, O_RDWR);
45 if(fd < 0){
46 printf("file %s open failed!\r\n", argv);
47 return -1;
48 }
49
50 /* 循环读取按键值数据！ */
51 while(1) {
52 read(fd, &keyvalue, sizeof(keyvalue));
53 if (keyvalue == KEY0VALUE) { /* KEY0 */
54 printf("KEY0 Press, value = %#X\r\n", keyvalue);/* 按下 */
55 }
56 }
57
58 ret= close(fd); /* 关闭文件 */
59 if(ret < 0){
60 printf("file %s close failed!\r\n", argv);
61 return -1;
62 }
63 return 0;
64 }
第51~56行，循环读取/dev/key文件，也就是循环读取按键值，并且将按键值打印出来。
29.4 运行测试
29.4.1 编译驱动程序和测试APP
1、编译驱动程序
编写Makefile文件，本章实验的Makefile文件和第四十章实验基本一样，只是将obj-m变量的值改为key.o，Makefile内容如下所示：
示例代码49.4.1.1 Makefile文件
1KERNELDIR := /home/zuozhongkai/linux/my_linux/linux-5.4.31
......
4obj-m := key.o
......
11 clean:
12$(MAKE) -C $(KERNELDIR) M=$(CURRENT_PATH) clean
第4行，设置obj-m变量的值为key.o。
输入如下命令编译出驱动模块文件：
make -j32
编译成功以后就会生成一个名为“key.ko”的驱动模块文件。
2、编译测试APP
输入如下命令编译测试keyApp.c这个测试程序：
arm-none-linux-gnueabihf-gcc keyApp.c -o keyApp
编译成功以后就会生成keyApp这个应用程序。
29.4.2 运行测试
将上一小节编译出来的key.ko和keyApp这两个文件拷贝到rootfs/lib/modules/5.4.31目录中，重启开发板，进入到目录lib/modules/5.4.31中，输入如下命令加载key.ko驱动模块：
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
驱动加载成功以后如下命令来测试：
./keyApp/dev/key
输入上述命令以后终端显示如图29.4.2.1所示：
图29.4.2.1测试APP运行界面
按下开发板上的KEY0按键，keyApp就会获取并且输出按键信息，如图29.4.2.2所示：
图29.4.2.2 按键运行结果
从图29.4.2.2可以看出，当我们按下KEY0以后就会打印出“KEY0 Press, value = 0XF0”，表示按键按下。但是大家可能会发现，有时候按下一次KEY0但是会输出好几行“KEY0 Press, value = 0XF0”，这是因为我们的代码没有做按键消抖处理。
如果要卸载驱动的话输入如下命令即可：
rmmod key.ko
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