14.linux按鍵驅動程序（一）

　　　　　　　　　　　　按鍵驅動程序

　　本文學習主要包含按鍵硬件的實現、中斷分層管理、按鍵定時器去抖、阻塞性驅動程序設計。這里面需要使用到混雜設備驅動和中斷處理程序的內容。

一、創建按鍵混雜設備驅動模型 

int key_open(struct inode *node,struct file *filp)
{
    return 0;    
}
struct file_operations key_fops = 
{
    .open = key_open,    
};
struct miscdevice key_miscdev = {
    .minor = 200,     //次設備號
    .name = "6410key",   //設備名
    .fops = &key_fops,    
};

二、按鍵硬件的實現

　　首先是按鍵的初始化，按鍵的初始化可以選擇在open函數，和模塊的初始化函數當中完成硬件的初始化。下面我們是選擇在模塊的初始化函數進行按鍵的初始化。按鍵的初始化，主要涉及對GPIO的引腳的功能進行相應的設置。我用的是ok6410A開發板上面有六個按鍵，核心板原理圖如下：

　　

2.1硬件初始化

　　

 s3c6410芯片手冊對GPNCON的IO功能定義如下因此對按鍵硬件的初始化如下：

#define GPNCON 0x7f008830
#define GPNDAT 0x7f008834

void key_hw_init(void)   //硬件初始化
{
    unsigned int *gpio_config;
    unsigned short data;    
    gpio_config = ioremap(GPNCON,4);  //動態映射虛擬地址
    data = readw(gpio_config);
    data &= ~0xfff;
    data |= 0xaaa;
    writew(data,gpio_config);
    gpio_dat = ioremap(GPNDAT,4);  //將數據寄存器地址轉化為虛擬地址
}

 2.2按鍵中斷程序（暫時注冊第一個按鍵）

來源參照：中斷處理程序　

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/fs.h>

#define GPNCON 0x7f008830
#define GPNDAT 0x7f008834

MODULE_LICENSE("GPL");
 
irqreturn_t key_init(int irp,void *dev_id)
{
    //1.檢測是否發生中斷    
    //2.清除已經發生的按鍵中斷
    
    //3.打印按鍵值
    printk(KERN_EMERG"key down!\n");
    return 0;
}

void key_hw_init(void)   //硬件初始化
{
    unsigned int *gpio_config;
    unsigned short data;    
    gpio_config = ioremap(GPNCON,4);
    data = readw(gpio_config);
    data &= ~0xfff;
    data |= 0xaaa;
    writew(data,gpio_config);
    gpio_dat = ioremap(GPNDAT,4);  //將數據寄存器地址轉化為虛擬地址
}

int key_open(struct inode *node,struct file *filp)
{    
    return 0;
}
struct file_operations key_fops = 
{
    .open = key_open,
};

struct miscdevice key_miscdev = 
{
    .minor = 200,
    .name = "key",
    .fops = &key_fops,
};

static int button_init(void)
{
    misc_register(&key_miscdev);   //注冊混雜設備    
    //按鍵硬件初始化
    key_hw_init();
    request_irq(IRQ_EINT(0),key_init,IRQF_TRIGGER_FALLING,"key",0);  //注冊中斷處理程序
    return 0;
}

static void button_exit(void)
{
    misc_deregister(&key_miscdev);   //注銷混雜設備
    
    //注銷中斷處理程序
    free_irq(IRQ_EINT(0),0);
}

module_init(button_init);
module_exit(button_exit);

　　這里需要注意上面代碼特殊標記的內容：IRQ_EINT(0)中斷號、IRQF_TRIGGER_FALLING標志的來源

標志來源：

　　按鍵中斷的處理，對於按鍵而言，可以在按下的時候產生中斷，也可以在彈起的時候產生中斷。需要通過一個標志來指定：IRQF_TRIGGER_FALLING，這個是從高電平到低電平產生中斷。下表是其他產生中斷的方式(內核代碼中搜索IRQF_TRIGGER_FALLING)：

　　

中斷號：

　　就是request_irq函數的第一個參數。我們在內核代碼中搜索irqs.h，找對應的板子的：

　　

　　從上面的代碼看到，IRQ_EINT0_3的中斷號是32.系統留出了S3C_IRQ_OFFSET=32個中斷號，這是給軟中斷的。所以中斷號就是等於硬件編號加上偏移量。可以查看內核代碼的entry-macro.S

 三、中斷分層管理

　　

3.1中斷嵌套

　　所謂的中斷嵌套就是，當一種中斷正在執行的時候，又產生了另外中斷。可以是同類型的，也可以是不同類型的。

　   慢速中斷：是指在進行中斷處理的時候，中斷的總開關是不關閉的。允許其他類型中斷產生。

　　快速中斷：當中斷產生的時候，控制位的IF為被置1，別的中斷被禁止發生。這樣就會產生我們不想看到的情況：中斷丟失。

3.2中斷分層

　　

　　上半部：當中斷發生時，它進行相應地硬件讀寫，並“登記”該中斷。通常由中斷處理程序充當上半部。

　　下半部：在系統空閑的時候對上半部“登記”的中斷進行后續處理。

3.3工作隊列

　　工作隊列是一種將任務推后執行的形式，他把推后的任務交由一個內核線程去執行。這樣下半部會在進程上下文執行，它允許重新調度甚至睡眠。 每個被推后的任務叫做“工作”，由這些工作組成的隊列稱為工作隊列

　　下圖為3內核的處理器隊列處理圖：

　　

　　

3.3.1工作隊列描述

　　Linux內核使用struct  work_struct來描述一個工作隊列：

struct workqueue_struct{
    struct cpu_workqueue_struct *cpu_wq;
    struct list_head list;
    const char *name; /*workqueue name*/
    int singlethread;
    int freezeable; /* Freeze threads during suspend */
    int rt;
};

3.3.2工作隊列項

　　Linux內核使用struct work_struct來描述一個工作項：

struct work_struct{
    atomic_long_t data;
    struct list_headentry;
    work_func_t func;
};
typedef void (*work_func_t)(struct work_struct *work);

3.3.3工作隊列使用

step1. 創建工作隊列
　　create_workqueue
step2. 創建工作
　　INIT_WORK
step3. 提交工作
　　queue_work

　　在大多數情況下, 驅動並不需要自己建立工作隊列，只需定義工作, 然后將工作提交到內核已經定義好的工作隊列keventd_wq中。

1. 提交工作到默認隊列
　　schedule_work

按照工作隊列修改按鍵程序：

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/slab.h>

#define GPNCON 0x7f008830
MODULE_LICENSE("GPL");
struct work_struct *work1;
struct timer_list key_timer;

void work1_func(struct work_struct *work)
{
    printk(KERN_EMERG"key down!\n");
}
 
irqreturn_t key_int(int irp,void *dev_id)
{    
    //3.提交下半部
    schedule_work(work1);
    return 0;
}

void key_hw_init(void)   //硬件初始化
{
    unsigned int *gpio_config;
    unsigned short data;
    
    gpio_config = ioremap(GPNCON,4);
    data = readw(gpio_config);
    data &= ~0xfff;
    data |= 0xaaa;
    writew(data,gpio_config);
    gpio_dat = ioremap(GPNDAT,4);  //將數據寄存器地址轉化為虛擬地址
}

int key_open(struct inode *node,struct file *filp)
{    
    return 0;
}
struct file_operations key_fops = 
{
    .open = key_open,
};

struct miscdevice key_miscdev = 
{
    .minor = 200,
    .name = "key",
    .fops = &key_fops,
};

static int button_init(void)
{
    misc_register(&key_miscdev);   //注冊混雜設備
    
    //按鍵硬件初始化
    key_hw_init();
    request_irq(IRQ_EINT(0),key_int,IRQF_TRIGGER_FALLING,"key",0);  //注冊中斷處理程序
    //創建工作1
    work1 = kmalloc(sizeof(struct work_struct),GFP_KERNEL);
    INIT_WORK(work1,work1_func);
    return 0;
}

static void button_exit(void)
{
    misc_deregister(&key_miscdev);   //注銷混雜設備
    //注銷中斷處理程序
    free_irq(IRQ_EINT(0),0);
}

module_init(button_init);
module_exit(button_exit);

接下來的內容在下一個文章里包括：定時器去抖和阻塞性驅動程序設計