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本帖最后由 zxl_zxl 于 2016-6-17 10:08 编辑 NanoPi M2试用体验之按键中断驱动程序+去抖详解（含源码） Nanopi M2除了价格便宜，还有就是它板载的丰富的GPIO资源。利用板载的GPIO资源可用编写轮询的驱动程序或中断驱动程序。显然中断驱动程序的效率要远远高于轮询的方式。 本篇试用报告主要介绍基于GPIO的按键中断驱动程序编写、测试，详解介绍GPIO外部中断与定时器去抖的实现方法，通过内核printk函数和外部的LED灯，以查看驱动是否正确运行。 注意GPIO区别编写采用标准的Linux GPIO资源接口函数，而不是采用自己配置寄存器，然后通过ioremap的方式进行虚拟映射，这样我们的驱动程序的可移植性就高了很多。 1. GPIO驱动概述 Linux内核已经帮我们设计好了相关GPIO驱动模型，并设计了相关的操作函数接口。主要函数介绍如下： int gpio_request(unsigned gpio, const char *tag) //申请一个空闲的GPIO int gpio_direction_input(unsigned gpio) //设置GPIO为输入 int gpio_direction_output(unsigned gpio, int value) //设置GPIO为输出或输入 void gpio_set_value(unsigned gpio, int value) //设置GPIO输出高电平或低电平 int gpio_get_value(unsigned gpio) //获取GPIO的当前状态，高电平或低电平 int gpio_to_irq(unsigned gpio) //返回的中断编号 以及request_irq()和free_irq()。以上这些函数的用法可以自己搜索查找，但是以上函数中的unsigned gpio这个参数如何与我们的GPIO引脚关联起来呢？ 通过查看S5P4418源码中的plat-s5p4418目录下的内容，发现如下对应关系： 
三星官方把在源码中把GPIO分为了A、B、C、D、E组，每组32个引脚，我们通过上述函数申请GPIO资源时，比如申请GPB31这个引脚为GPIO时，我们只需提交参数PAD_GPIO_B + 31就可以了。 GPIO的中断号在s5p4418_irq.h中定义，如下图所示：
就是说，我们既可以通过gpio_to_irq（PAD_GPIO_B +31）来获取GPB31引脚对应的中断号，也可以通过64+PAD_GPIO_B+31得到中断号。 有了上述知识，以及对三星S5P4418板级平台信息的了解，我们就可以根据Linux内核关于中断的驱动框架来编写程序了。 S5P4418与S3C2440的一个很大不同是，每一个GPIO都可以占用一条中断线，不存在共享中断的情况，这给我们编写中断驱动带来了一些方便，不用再为了区别共享中断而设置设备ID信息了。 2. 硬件定义 本报告中，采用GPB31作为GPIO的外部中断输入引脚，GPB30作为GPIO输出，在中断发生时通过LED的亮灭翻转，以反映中断驱动是否正常工作。硬件电路用画图板做了一个简单的电路示意图，如下图所示：
硬件连线效果如图所示：
3. 驱动代码分析 3.1 头文件 #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include #include 红色标注的为S5P4418平台特有的头文件，必须包含 3.2 全局变量 #define LED_GPIO (PAD_GPIO_B + 30) //GPB30为LED输出控制引脚 #define KEY_GPIO (PAD_GPIO_B + 31) //GPB31为触发终端源 #define KEY_GPIO_IRQ gpio_to_irq(KEY_GPIO) //根据GPIO编号获取对应的引脚的中断编号 #define DEVICE_NAME "key_irq" static int major; static int minor; struct cdev *key_irq; /* cdev 数据结构 */ static dev_t devno; /* 设备编号 */ static struct class *key_irq_class; static int flag = 0; //屏蔽因驱动初始化中添加定时器导致的在没有按下按键，定时器计时到，出现没有中断而调用了LED点亮动作 static struct timer_list key_timer; /*消抖定时器*/ char const irq_types[5] = { IRQ_TYPE_EDGE_RISING, IRQ_TYPE_EDGE_FALLING, IRQ_TYPE_EDGE_BOTH, IRQ_TYPE_LEVEL_HIGH, IRQ_TYPE_LEVEL_LOW }; 3.3 中断服务函数 由于按键本身存在的抖动现象，必须滤除掉按键按下后20ms内的不稳定抖动信号，这里采用内核定时器，按键信号触发中断，并进入中断服务程序后，修改定时器的定时值，如果20ms内没有其他信号触发中断，则执行定时器定时结束后的回调函数，否则从新开始计时20ms过程，直到按键信号稳定为止。中断服务函数如下： static irqreturn_t key_irq_irq_handler(unsigned int irq, void *dev_id) { /*20ms后启动定时器*/ flag= 1; //只有flag为1时才能说明是按键中断导致的定时器函数调用 mod_timer(&key_timer,jiffies+ HZ/50); /*去抖时间设为20ms*/ returnIRQ_HANDLED; } 3.4 定时器回调函数 当中断信号确实稳定后，定时器20ms到时，才执行定时器回调函数。在本例程中，定时器回调函数主要执行打印信息，以及翻转LED的亮灭，说明驱动程序工作正常。 在试用过程中，发现一个奇怪现象，通过insmod加载驱动后，即使没有按下按键，LED自动点亮。后来发现，在驱动的初始化函数中，即使我们设置了LED的GPIO引脚为高电平，即LED灭，由于在初始化并添加内核定时器后，会自动执行一次内核定时器的回调函数，导致即使没有中断发生，也会出现加载驱动模块时的LED点亮的现象。 为了解决这一问题，我设置了一个全局的flag，只用flag为1时，才允许在定时器的回调函数中判断LED灯的翻转逻辑；并且只有在真正的中断发生时，在中断服务函数中将flag设置为1。 定时器回调函数如下： static void key_timer_function(unsignedlong data) { staticint count = 0; if(1== flag) { printk(KERN_INFO"KEY IRQ HAPPENED!n"); /*根据按键KEY按下的次数交替点亮/熄灭LED灯*/ if(count% 2 == 0) gpio_set_value(LED_GPIO,0); /*点亮LED灯*/ else gpio_set_value(LED_GPIO,1); /*熄灭LED灯*/ count++; } } 3.5 驱动初始化函数 驱动初始化函数完成GPIO资源申请，获取GPIO的中断号，将GPIO中断号与中断服务函数绑定。申请字符设备驱动主设备号，创建设备类，和设备实体，以自动在/dev目录下自动生成设备节点。 被例程，采用按键上升沿作为中断的触发条件，即按键松开后，触发中断。初始化函数如下： static int __init key_irq_init(void) { intret; /*注册定时器*/ init_timer(&key_timer); key_timer.function= key_timer_function; add_timer(&key_timer); /*申请GPIO*/ gpio_free(KEY_GPIO); /*首先释放GPIO*/ gpio_free(LED_GPIO); /*首先释放GPIO*/ ret= gpio_request_one(KEY_GPIO, GPIOF_IN, "KEY IRQ"); /* 申请 IO ，为输入*/ if(ret < 0) { printk(KERN_ERR"Failed to request GPIO for KEYn"); } ret= gpio_request_one(LED_GPIO, GPIOF_OUT_INIT_HIGH, "LED OUTPUT"); /* 申请 IO ，为输出*/ if(ret < 0) { printk(KERN_ERR"Failed to request GPIO for LEDn"); } gpio_direction_input(KEY_GPIO);/* 设置 GPIO 为输入 */ gpio_direction_output(LED_GPIO,0);/* 设置 GPIO 为输出,参数0代表输出*/ gpio_set_value(LED_GPIO,1); /*初始化LED为熄灭状态*/ /*申请GPB31对应的中断*/ if(request_irq(KEY_GPIO_IRQ, key_irq_irq_handler, IRQF_TRIGGER_RISING, "key_irqirq", NULL) ) {/* 申请中断 */ printk(KERN_WARNINGDEVICE_NAME": Can't get IRQ: %d!n", KEY_GPIO_IRQ); } irq_set_irq_type(KEY_GPIO_IRQ,irq_types[0]); /*按键上升沿出发中断*/ disable_irq(KEY_GPIO_IRQ); enable_irq(KEY_GPIO_IRQ); ret= alloc_chrdev_region(&devno, minor, 1, DEVICE_NAME); /* 从系统获取主设备号 */ major= MAJOR(devno); if(ret < 0) { printk(KERN_ERR"cannot get major %d n", major); return-1; } key_irq= cdev_alloc(); /* 分配 key_irq 结构 */ if(key_irq != NULL) { cdev_init(key_irq,&key_irq_fops); /* 初始化 key_irq 结构 */ key_irq->owner= THIS_MODULE; if(cdev_add(key_irq, devno, 1) != 0) { /* 增加 key_irq 到系统中 */ printk(KERN_ERR"add cdev error!n"); gotoerror; } } else{ printk(KERN_ERR"cdev_alloc error!n"); return-1; } key_irq_class= class_create(THIS_MODULE, "key_irq_class"); if(IS_ERR(key_irq_class)) { printk(KERN_INFO"create class errorn"); return-1; } device_create(key_irq_class,NULL, devno, NULL, DEVICE_NAME); printk("Initcompleted!n"); return0; error: unregister_chrdev_region(devno,1); /* 释放已经获得的设备号 */ returnret; } 3.6 驱动退出函数 在驱动退出函数中，释放申请到的GPIO资源，释放GPIO对应的中断号，释放系统自动分配的字符设备驱动主设备号，删除设备类和设备实体，删除去抖定时器函数等。 函数代码如下： static void __exit key_irq_exit(void) { gpio_set_value(LED_GPIO,1); /*退出时设置LED为熄灭状态*/ gpio_free(KEY_GPIO); /*释放为按键KEY申请的GPIO资源*/ gpio_free(LED_GPIO); /*释放为LED申请的GPIO资源*/ disable_irq(KEY_GPIO_IRQ); free_irq(KEY_GPIO_IRQ,NULL); cdev_del(key_irq);/* 移除字符设备 */ unregister_chrdev_region(devno,1); /* 释放设备号 */ device_destroy(key_irq_class,devno); class_destroy(key_irq_class); del_timer(&key_timer); /*删除定时器*/ printk(KERN_INFO"Exit completed!n"); } 3.6 驱动Makefile文件 为驱动的编译编写Makefile文件，如下： KERN_DIR = /home/vmuser/nanopisource/linux-3.4.y all: make-C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean: make-C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean rm-rf modules.order obj-m += keyinterrupt.o 注意，在Makefile文件中，上面红色标识的内容一定要修改成你自己的源码路径和驱动C文件名称。 3.7 编译驱动 在驱动C源码目录下，执行make命令，生成驱动程序模块keyinterrupt.ko文件。 执行命令： cp ./keyinterrupt.ko /nfsshare 将驱动模块拷贝到NFS共享目录，以备Nanopi M2挂载调用。 4. 驱动测试 1）挂载NFS系统 在NanoPi M2上执行命令： sudo mount -t nfs192.168.1.xxx:/nfsshare /mnt -o nolock cd /mnt 2)加载驱动模块 执行命令： sudo insmod keyinterrupt.ko 如图示：
我们在驱动的初始化函数中添加了一句打印命令： printk("Init completed!n"); 如果驱动加载成功，会打印这条信息。 我们通过命令查看一下是否有Init completed!这条信息，执行命令： dmesg | tail 如图所示：
发现确实打印了上述信息，说明驱动加载成功。 3)按下按键触发中断 我们按下面包板上的按键，然后，看看LED灯是否点亮，如图所示：
反复按下按键，LED能够交替翻转。然后我们再来看看中断服务程序打印的信息，输入命令：dmesg | tail
显示有KEY IRQ HAPPENED!这条信息输出，说明我们的按键中断驱动程序能够正常工作。 4)卸载驱动模块 执行命令：rmmod keyinterrupt.ko 命令行输出如下：
输出Exit completed!信息，说明驱动程序的卸载函数也成功的得到了执行。 5. 小结 本例程只是简单的实现了基于中断的按键驱动程序，还没有实现异步功能，在中断服务程序中想用户态的程序发送SIG，然后让用户态的驱动程序在信号处理函数中读取GPIO引脚状态。实现异步还是比较简单，参考一下程序的异步模型，然后在本例程的基础稍加修改即可。由于其他项目的关系，本菜鸟就不打算继续深入研究了，本文是我的第一个Linux下的驱动程序编写，拿出来与大家交流一下。 
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gpio_to_irq(KEY_GPIO) 一直返回-22，不知道什么原因。
看了下linux/gpio.h里的代码： static inline int gpio_to_irq(unsigned gpio) { /* GPIO can never have been requested or set as input */ WARN_ON(1); return -EINVAL; } 直接返回了，是什么原因呢？麻烦大神解答下～～～ |
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正需要，感谢分享。我用的是NanoPi2，连接好硬件，加载驱动后，测试成功！
