1.前言

本文描述了基于全志V3S开发板的按键驱动程序和测试应用程序的设计流程。

本次设计系统内核是基于linux3.4。

2.设计流程概述

本次设计的步骤是：
步骤一、编写一个driver_button.c的驱动程序。

步骤二、编写makefile文件，编译得到ko。

步骤三、编写一个app_button.c的测试应用程序。

步骤四、在V3S开发板中安装demo_driver驱动程序，并测试app_button应用程序。

3.编写驱动程序

3.1硬件电路

V3S开发板按键的硬件电路原理图如下：

根据原理图可知不同的按键按下对应不同的电压值，使用ADC采样LRADC0处的电压就可以识别是否有按键被按下，例如按键KEY3按下时LRADC0处的电压为0.6V。

我们查看V3S芯片数据手册，看看如何操作V3S芯片LRADC，V3S芯片关于LRADC的关键信息如下（详细数据请参考数据手册）：

LRADC的控制寄存器信息如下（LRADC寄存器详细数据请参考数据手册）：

我们只需要把LRADC配置成连续采样模式即可，具体配置如下：

LRADC_CTRL = 0x00C00041LRADC_INTC = 0x00000013

3.2设计要点

本次按键驱动设计使用了以下两个知识点：

1、内核定时器使用
2、阻塞操作 （等待队列）

我们先学习一下这两个知识点。

3.2.1内核定时器

Linux内核定时器是一种基于时间点的计时方式，它以当前时刻为时间起点，以未来的某一时刻为终点，这种策略类似于闹钟。

Linux内核定时器的精度不高，不能作为高精度定时器使用。内核定时器并不是周期性运行，如果要想实现周期性的定时，就需要在定时中断处理函数中重新开启定时器。

使用Linux内核定时器需要增加如下头文件：

#include <linux/timer.h>  		#include <linux/jiffies.h>

Linux内核定时器使用分为以下4个步骤：

1、声明定义一个定时器

struct timer_list timer; 

2、初始化定时器

/* 初始化定时器 */init_timer(&timer); /* 设置定时处理函数 */timer.function = time_callback; /* 设置定时时间 */timer.expires=jiffies + msecs_to_jiffies(100); 

3、声明定义定时器中断回调函数
在回调函数中再次设置定时时间，实现周期定时

void time_callback(unsigned long arg){	/* 设置定时器 */		mod_timer(&timer, jiffies + msecs_to_jiffies(TIME_NUM));}

4、启动定时器

add_timer(&timer); 

通过以上的4个步骤，我们就可以正常使用Linux内核定时器了。

3.2.2阻塞操作

相信大家去吃一些美味小食时都排队的经历吧，这种漫长的等待经历是不是还历历在目？除了在队伍里傻站着和刷刷手机，啥也干不了。

但是有些商场就有一种很好的等待机制：无线提示器。客户点餐后就可以在一定范围内自由活动，当你点的餐做好了，无线提示器会提示你去取餐。这种方式可以极大的减轻客户站立排队的低效和痛苦。
回到上面排队的例子，第一种站立式排队模式，当你处在这种等待模式下时你必须一直保存这种排队等待的状态，直到你买到你需要的商品。这种等待方式属于非阻塞式等待。
第二种无线提示器模式，当你完成商品付款后，就可以在一定范围内自由活动，直到收到无线提示器会提示你。这种等待方式属于阻塞式等待。
非常明显在大多数情况下阻塞式等待会更加高效。

我们使用linux等待队列实现阻塞操作，当事件未准备好时任务进入挂起状态，当事件准备好时唤醒任务。
使用等待队列需要包含如下头文件：

#include <linux/wait.h> 		#include <linux/sched.h>

linux等待队列操作分为以下4个步骤：
1、定义等待队列和等待标志

wait_queue_head_t button_wait; bool  key_ready = false;

2、初始化等待队列

init_waitqueue_head(&button_wait);

3、进入等待

wait_event(button_wait, key_ready);

4、唤醒任务
需要在另外一处可以执行到的代码出执行唤醒代码

key_ready = true;wake_up(&button_wait);

通过以上的4个步骤，我们就可以正常使用Linux等待队列进行阻塞操作了。

3.3按键驱动实现

描本次按键驱动程序策略如下：
1、应用程序通过驱动程序的read函数读取按键值，当检测有按键被按键时read函数返回按键值，当无按键按下时read函数使用等待队列让应用程序挂起（不继续运行）。

2、驱动程序中设置一个周期为10ms内核定时器，在定时器中断回调函数中检测按键是否被按下，并做去抖操作。如果在定时器中断回调函数中确定有按键被按下，此时唤醒因为等待按键被挂起的应用程序。

策略框图如下：

3.4驱动代码

编写一个demo_driver.c的驱动程序，驱动程序源码如下（代码不再作解释说明，可以参数代码注释）：

/************************************************************************************************************                                        		driver_button*                                      (c) Copyright 2021-2031*                                         All Rights Reserved** @File    : * @By      : liwei* @Version : V0.01* ***********************************************************************************************************//**********************************************************************************************************Includes **********************************************************************************************************/#include <linux/module.h>#include <linux/kernel.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/init.h>#include <linux/delay.h>#include <linux/cdev.h>#include <linux/io.h>   		/*  io remap */#include <linux/ioport.h>#include <linux/timer.h>  		/* time */#include <linux/jiffies.h>#include <linux/uaccess.h>		/* copy */  #include <linux/wait.h> 		/* wait */#include <linux/sched.h>/**********************************************************************************************************Define**********************************************************************************************************/#define    DRIVER_MAJOR     232#define    DEVICE_NAME     "driver_button"#define 	BASE_ADDRESS 0x01C22800#define   IOC_MAGIC  'w'#define   IOCTL_TEST_ON   _IO(IOC_MAGIC,0)#define   IOCTL_TEST_OFF   _IO(IOC_MAGIC,1)#define BUTTON_NULL 	(0X3F)#define BUTTON_HOME 	(0X04)#define BUTTON_NEXT 	(0X0B)#define BUTTON_PREV 	(0X11)#define BUTTON_ENTER 	(0X18)#define TIME_NUM 	(10)#define FILTER_NUM 	(5) /**********************************************************************************************************Typedef**********************************************************************************************************//**********************************************************************************************************Variables**********************************************************************************************************//* gpio寄存器 */static volatile unsigned char __iomem		*base_res;    	static volatile unsigned char __iomem		*adc_base;static volatile unsigned char __iomem		*adc_data;static volatile unsigned char __iomem		*adc_ctl;static volatile unsigned char __iomem		*adc_irq;		struct timer_list timer; /* 定义定时器 */wait_queue_head_t button_wait; /* 等待队列 */bool  key_ready = false;static unsigned char user_key =  BUTTON_NULL;static unsigned char last_key = BUTTON_NULL;static unsigned char handle_key = BUTTON_NULL;/**********************************************************************************************************Function **********************************************************************************************************//************************************************************************************************************ @描述	: 键值处理***********************************************************************************************************/void get_key_value(unsigned char value){	switch(value)	{		case BUTTON_HOME:			user_key = 1;		break;		case BUTTON_NEXT:			user_key = 2;		break;		case BUTTON_PREV:			user_key = 3;		break;		case BUTTON_ENTER:			user_key = 4;		break;		default :		break;			}		}/************************************************************************************************************ @描述	: 按键处理函数 ***********************************************************************************************************/void button_handle(void){	static unsigned char null_key_num = 0;	static unsigned char valid_key_num = 0;	/*判断按键是否为空*/	if(*adc_data != BUTTON_NULL)	{		null_key_num = 0;		last_key =  *adc_data;		/*判断与上次有效键值是否一致*/		if(handle_key != last_key)		{				/*多次判断，去抖操作*/			valid_key_num++;			if(valid_key_num > FILTER_NUM)			{				valid_key_num = 0;				handle_key = last_key;				/*获取键值*/				get_key_value(handle_key);				/*唤醒等待任务*/				key_ready = true;				wake_up(&button_wait);							}					}	}	else	{		/*多次判断，去抖操作*/		null_key_num++;		valid_key_num = 0;		if(null_key_num > FILTER_NUM)		{			/*按键为空*/			null_key_num = 0;			last_key = 	BUTTON_NULL;			handle_key =  BUTTON_NULL;					}			}		}/************************************************************************************************************ @描述	: 定时器回调函数 ***********************************************************************************************************/void time_callback(unsigned long arg){	/* 设置定时器 */		mod_timer(&timer, jiffies + msecs_to_jiffies(TIME_NUM));	/* 根据ADC数值 获取按键值 */	button_handle();}/************************************************************************************************************ @描述	:  初始化函数***********************************************************************************************************/ void time_init(void){	/* 初始化定时器 */	init_timer(&timer); 	/* 设置定时处理函数 */	timer.function = time_callback; 	/*  超时时间 2 秒 */	timer.expires=jiffies + msecs_to_jiffies(TIME_NUM); 	/*  启动定时器 */	add_timer(&timer); }/************************************************************************************************************ @描述	:  ***********************************************************************************************************/static int ioremap_init(void){    base_res = request_mem_region(BASE_ADDRESS , 0x10 , "GPIOE_MEM");		if(base_res == NULL)	{		printk("request_mem_region BASE_ADDRESS,0x28 fail\n");			}    else	  printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " ======================request_mem_region  ok ======================\n");	    /* IO映射 */	adc_base = (unsigned char*)ioremap(BASE_ADDRESS , 0x10);	if(adc_base == NULL)	{			printk("ioremap BASE_ADDRESS,0x28 fail\n");		}	  	else	  printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " ======================ioremap  ok ======================\n");    /* 寄存器地址映射 */	adc_ctl		=(unsigned int*)(adc_base + 0x00);	adc_irq		=(unsigned int*)(adc_base + 0x04);	adc_data 	=(unsigned int*)(adc_base + 0x0c);	return 0;	}/************************************************************************************************************ @描述	:  ***********************************************************************************************************/static int adc_init(void){	*adc_ctl = 0x00C00041;	*adc_irq = 0x00000013;		return 0;	}/************************************************************************************************************ @描述	:  ***********************************************************************************************************/static int button_open(struct inode *inode, struct file *file){	printk(KERN_EMERG "======================open======================\n");	/* IO资源申请 */	ioremap_init();	/* 初始化adc  */	adc_init();	/* 初始化定时器  */	time_init();	/* 初始化等待队列  */		init_waitqueue_head(&button_wait);	return 0;}/************************************************************************************************************ @描述	:  ***********************************************************************************************************/static ssize_t button_write(struct file *file, const char __user * buf, size_t count, loff_t *ppos){    printk(KERN_EMERG "======================write======================\n");    return 0;}/************************************************************************************************************ @描述	:  ***********************************************************************************************************/static ssize_t button_read(struct file *file,  char __user * buf, size_t count, loff_t *ppos){	char buff[20];	char num;	/* 判断按键是否有效 */		if(user_key == BUTTON_NULL )		{		/* 无有效按键时，任务进入等待 */		printk(KERN_EMERG "====================== wait : null key ======================\n");		wait_event(button_wait, key_ready);	}	key_ready = false;	/* 有效按键唤醒任务 */	printk(KERN_EMERG "====================== wake up :valid key ======================\n");	num = sprintf(buff,"%s%d","key = ", user_key);		copy_to_user(buf , buff , num);	/* 清空按键数值 */	user_key = BUTTON_NULL;	memset(buff,0,20);    return 0;}/************************************************************************************************************ @描述	:  ***********************************************************************************************************/static int button_close(struct inode *inode, struct file *file){	/* 删除定时器 */	del_timer(&timer); 	    printk(KERN_EMERG "======================close ======================\n");    return 0;}/************************************************************************************************************ @描述	:  ***********************************************************************************************************/static int button_ioctl( struct file *file,  unsigned int  cmd, unsigned long arg){    printk(KERN_EMERG "======================ioctl ======================\n");	    return 0;}/************************************************************************************************************ @描述	:  ***********************************************************************************************************/static struct file_operations driver_flops = {	.owner  =   THIS_MODULE,	.open   =   button_open,     	.write  =   button_write,	.read 	=  	button_read,	.unlocked_ioctl = button_ioctl,	.release =  button_close,};static struct cdev dev;static     dev_t devno;/************************************************************************************************************ @描述	:  ***********************************************************************************************************/static int __init driver_button_init(void){    int ret;    /* 申请设备号 */   	ret = alloc_chrdev_region(&devno, 0, 1, DEVICE_NAME);	if(ret < 0) 	{		pr_err("alloc_chrdev_region failed!");		return ret;	}	printk("MAJOR is %d\n", MAJOR(devno));	printk("MINOR is %d\n", MINOR(devno)); 	/* 注册设备 */	cdev_init(&dev,  &driver_flops);	ret = cdev_add(&dev ,  devno, 1);	if (ret < 0) 	{		pr_err("cdev_add failed!");		return ret;	}    printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " ======================driver_button_init======================\n");	return 0;}/************************************************************************************************************ @描述	:  ***********************************************************************************************************/static void __exit driver_button_exit(void){    /* 注销设备 */	cdev_del(&dev);    /* 释放设备号 */	unregister_chrdev_region(devno, 1);    printk(KERN_EMERG DEVICE_NAME " ======================driver_button_exit======================\n");}/************************************************************************************************************ @描述	:  ***********************************************************************************************************/module_init(driver_button_init);module_exit(driver_button_exit);MODULE_LICENSE("GPL");/***********************************************END*******************************************************/

4.编写makefile

本次设计通过单编ko的方式得到驱动ko，单编ko的详细说明请参考我的另外一篇文章《如何编译linux驱动ko》。本次设计的Makefile代码如下（根据开发环境指定内核路径和编译工具路径）：

.PHONY:    main  cleanKERNELDIR   :=   /home/liwei/v3_work/project/linux-3.4PWD   :=   $(shell pwd)CROSS_ARCH := /home/liwei/v3_work/tools/host/bin/arm-buildroot-linux-gnueabihf-gccobj-m   +=   driver_button.o	main: 	$(MAKE) $(CROSS_ARCH) -C  $(KERNELDIR)   M=$(PWD)   modules 	clean: 	rm   -rf   *.o   *~   core   .depend   .*.cmd   *.ko   *.mod.c   .tmp_versions *.symvers *.d *.markers *.order

将driver_button.c和上述的Makefile文件放在同一个目录下（路径为任意路径，不需要一定放在内核目录中），执行make指令，最终我们得到了驱动ko 。

5.编写应用程序

编写一个demo_app.c的应用程序，程序源码如下：

/************************************************************************************************************                                        		demo*                                      (c) Copyright 2021-2031*                                         All Rights Reserved** @File    : * @By      : liwei* @Version : V0.01* ***********************************************************************************************************//**********************************************************************************************************Includes **********************************************************************************************************/#include <stdio.h> #include <string.h> #include <stdlib.h>#include <sys/types.h>#include <sys/stat.h> #include <fcntl.h> #include <unistd.h>/************************************************************************************************************ @描述	:  ***********************************************************************************************************/int main(int arvc, char *argv[]){	int fd;	int buff[20] ;	int num;	printf("==========button test==================\n");	//打开驱动 	fd = open("/dev/driver_button",O_RDWR);	while(1)	{		//执行驱动读操作		num= read(fd,buff,15);			printf("run:%s\r\n",buff);		//延时等待串口发送数据 ，清发送BUFF		sleep(1);		memset(buff,0,20);	}		return 0;}/***********************************************END*******************************************************/

应用程序源码用于测试按键驱动功能，在测试程序在一直循环读取按键驱动数据，并将按键数据打印出来。

我们将应用程序源码放在虚拟机的任意一个目录中，并在该目录下执行如下gcc编译指令：

arm-buildroot-linux-gnueabihf-gcc app_button.c  -o app_button

于是我们得到一个可执行文件app_button

6.安装驱动及运行应用程序

目前我们得到了driver_button.ko和app_button两个文件，我们使用SecureCRTPortable工具将这两个文件传输到V3开发板中。

执行安装驱动指令：

insmod driver_button.ko 

执行创建文件节点指令：

mknod /dev/driver_button c 248 0

执行修改app_button文件权限指令：

chmod 777 app_button

执行运行demo_app指令：

./app_button

测试按键结果如下：

7.总结

本文本文描述了基于全志V3S开发板的按键驱动程序和测试应用程序的设计流程，本次设计细节如下：

1、硬件电路通过ADC识别按键。
2、使用内核定时器周期查询按键是否按下。
3、使用等待队列休眠等待按键的应用。

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作者：李巍
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