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红外遥控简介
红外遥控被广泛应用于家用电器、工业控制和智能仪器系统中，像我们熟知的有电视机盒子遥控器、空调遥控器。红外遥控器系统分为发送端和接收端，如图下图所示。
发送端就是红外遥控器，上面有许多按键，当我们按下遥控器按键时，遥控器内部电路会进行编码和调制，再通过红外发射头，将信号以肉眼不可见的红外线发射出去。红外线线虽然肉眼不可见，但可以通过手机摄像头看到，常用该方法检查遥控器是否正常工作。
接收端是一个红外接收头，收到红外信号后，内部电路会进行信号放大和解调，再将数据传给板子上的 GPIO，板子收到数据后再解码才能确定是哪个按键被按下。
IRDA 红外遥控模块硬件设计
IRDA 红外接收头，只需要一个 GPIO 即可实现数据的传输，这种传输协议叫做“1-Wire 单总线”。顾名思义，即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制都由这根线完成。
后面的 DS18B20 和 DHT11 也是使用该协议，且电路设计类似。因此将三个模块的 PCB 电路板做成了同一个，生产的时候，分别只焊接“U1”、“U2”、“U3”来实现不同的功能。
原理图中的 U1（HS0038）即为 IRDA 红外接收头，1 脚 VDD 接到了 3V3，2脚 GND 接到了 GND，3 脚 IRD 外接 GPIO。
在使用的时候，将模块插到 100ASK_6ULL 扩展板上，同时扩展板插到100ASK_6ULL 底板的“Extend”接口，这样 IRDA 的 IRD 脚就连到到 6ULL 的GPIO 上。
IRDA 红外遥控模块软件设计
红外遥控器协议：
我们按下遥控器按键的时候，遥控器自动发送某个红外信号，接收头接收到红外信号，然后把红外信号转换成电平信号，通过 IRD 这根线，传给 SOC。整个传输，只涉及单向传输，由 HS0038 向主芯片传送。
因此，我们只需要编写程序，从 IRD 上获取数据即可，在这之前，我们需要先了解下数据是怎么表示的，也就是传输的红外数据的格式。
红外协议有：NEC、SONY、RC5、RC6 等，常用的就是 NEC 格式，因此我们主要对 NEC 进行讲解。
在分析文章中的波形之前，我们先想象一下怎么在一条数据线上传输信号。
开始传输数据之前，一般都会发出一个 start 起始信号，通知对方我开始传输数据了，后面就是每一位每一位的数据。
NEC 协议的开始是一段引导码：
这个引导码由一个 9ms 的低脉冲加上一个 4.5ms 的高脉冲组成，它用来通知接收方我要开始传输数据了。
然后接着的是数据，数据由 4 字节组成：地址、地址(取反)、数据、数据(取反)，取反是用来校验用的。
地址是指遥控器的 ID，每一类遥控器的 ID 都不一样，这样就可以防止操控电视的遥控器影响空调。数据就是遥控器上的不同按键值。
从前面的图可以知道，NEC 每次要发 32 位（地址、地址取反、数据、数据取反，每个 8 位）的数据。数据的 1 和 0，开始都是 0.56ms 的低脉冲，对于数据 1，后面的高脉冲比较长，对于数据 0，后面的高脉冲比较短。
第一次按下按键时，它会发出引导码，地址，地址取反，数据，数据取反。
如果这时还没松开按键，这就是“长按”，怎么表示“长按”？遥控器会发送一个不一样的引导码，这个引导码由 9ms 的低脉冲，2.25ms 的高脉冲组成，表示现在按的还是上次一样的按键，也叫连发码，它会一直发送，直到松开。
编程思路：
有了上述基础知识后就可以开始编写程序了。
编程思路如下：
① 平时 GPIO 为高；
② 发现 GPIO 为低时，判断它有 9ms 的低电平：
对于引导码，或连发码，它们都有 9ms 的低电平，如下图：
③ 分辨是引导码，还是连发码：
在 9ms 的低电平之后，判断高电平持续时间，引导码的高电平维持时间是4.5ms，连发码的高电平维持时间是 2.25ms。
发现是连发码时，直接结束译码。
发现是引导码时，还得继续接收 32 位数据。
④ 接收数据：
关键在于如何得到一位数据，看看下图：
先等待低电平结束，一直等到出现高电平；然后延时 800us，读取 GPIO 值：这就是该位的数据值。
韦老师笔记
程序：
irda_drv.c
#include "asm-generic/errno-base.h"
#include "linux/jiffies.h"
#include <linux/module.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/timer.h>
struct gpio_desc{
int gpio;
int irq;
char *name;
int key;
struct timer_list irda_timer;
} ;
static struct gpio_desc gpios[] = {
{115, 0, "irda", },
};
/* 主设备号 */
static int major = 0;
static struct class *gpio_class;
/* 环形缓冲区 */
#define BUF_LEN 128
static unsigned char g_irdas[BUF_LEN];
static int r, w;
struct fasync_struct *irda_fasync_struct;
static u64 g_irda_irq_times[68];
static int g_irda_irq_cnt = 0;
#define NEXT_POS(x) ((x+1) % BUF_LEN)
static int is_irda_buf_empty(void)
{
return (r == w);
}
static int is_irda_buf_full(void)
{
return (r == NEXT_POS(w));
}
static void put_irda(unsigned char irda_val)
{
if (!is_irda_buf_full())
{
g_irdas[w] = irda_val;
w = NEXT_POS(w);
}
}
static unsigned char get_irda(void)
{
unsigned char irda_val = 0;
if (!is_irda_buf_empty())
{
irda_val = g_irdas[r];
r = NEXT_POS(r);
}
return irda_val;
}
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_wait);
// static void irda_timer_expire(struct timer_list *t)
static void irda_timer_expire(unsigned long data)
{
/* 超时 */
g_irda_irq_cnt = 0;
put_irda(-1);
put_irda(-1);
wake_up_interruptible(&gpio_wait);
kill_fasync(&irda_fasync_struct, SIGIO, POLL_IN);
}
/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体 */
static ssize_t irda_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
unsigned char kern_buf[2] ;
int err;
if (size != 2)
return -EINVAL;
if (is_irda_buf_empty() && (file->f_flags & O_NONBLOCK))
return -EAGAIN;
/* 阻塞等待数据产生 */
wait_event_interruptible(gpio_wait, !is_irda_buf_empty());
kern_buf[0] = get_irda(); /* device */
kern_buf[1] = get_irda(); /* data */
if (kern_buf[0] == (unsigned char)-1 && kern_buf[1] == (unsigned char)-1)
return -EIO;
err = copy_to_user(buf, kern_buf, 2);
return 2;
}
static unsigned int irda_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
poll_wait(fp, &gpio_wait, wait);
return is_irda_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
}
static int irda_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{
if (fasync_helper(fd, file, on, &irda_fasync_struct) >= 0)
return 0;
else
return -EIO;
}
/* 定义自己的file_operations结构体 */
static struct file_operations irda_drv = {
.owner = THIS_MODULE,
.read = irda_read,
.poll = irda_poll,
.fasync = irda_fasync,
};
static void parse_irda_datas(void)
{
u64 time;
int i;
int m, n;
unsigned char datas[4];
unsigned char data = 0;
int bits = 0;
int byte = 0;
/* 1. 判断前导码 : 9ms的低脉冲, 4.5ms高脉冲 */
time = g_irda_irq_times[1] - g_irda_irq_times[0];
if (time < 8000000 || time > 10000000)
{
goto err;
}
time = g_irda_irq_times[2] - g_irda_irq_times[1];
if (time < 3500000 || time > 55000000)
{
goto err;
}
/* 2. 解析数据 */
for (i = 0; i < 32; i++)
{
m = 3 + i*2; //跳变沿的序号，一个周期两个跳变沿
n = m+1;
time = g_irda_irq_times[n] - g_irda_irq_times[m];
data <<= 1;
bits++;
if (time > 1000000)
{
/* 得到了数据1 */
data |= 1;
}
if (bits == 8)
{
datas[byte] = data;
byte++;
data = 0;
bits = 0;
}
}
datas[1] = ~datas[1];
datas[3] = ~datas[3];
if ((datas[0] != datas[1]) || (datas[2] != datas[3]))
{
printk("data verify err: %02x %02x %02x %02x\n", datas[0], datas[1], datas[2], datas[3]);
goto err;
}
put_irda(datas[0]);
put_irda(datas[2]);
wake_up_interruptible(&gpio_wait);
kill_fasync(&irda_fasync_struct, SIGIO, POLL_IN);
return;
err:
g_irda_irq_cnt = 0;
put_irda(-1);
put_irda(-1);
wake_up_interruptible(&gpio_wait);
kill_fasync(&irda_fasync_struct, SIGIO, POLL_IN);
}
/* 获取IRDA重复数据的函数 */
/* 该函数通过检查两个特定时间间隔来确定是否接收到IRDA重复数据。 */
/* 如果时间间隔不在预期范围内，则认为检测到重复数据，返回-1。 */
/* 否则，返回0表示没有检测到重复数据。 */
static int get_irda_repeat_datas(void)
{
/* 计算第一个和第二个中断时间之间的间隔 */
u64 time;
/* 检查第一个和第二个中断之间的时间间隔是否表示重复数据 */
/* 1. 判断重复码 : 9ms的低脉冲, 2.25ms高脉冲 */
time = g_irda_irq_times[1] - g_irda_irq_times[0];
if (time < 8000000 || time > 10000000)
{
/* 如果时间间隔不在预期的9ms范围内，则返回-1表示检测到重复数据 */
return -1;
}
/* 检查第二个和第三个中断之间的时间间隔是否正常 */
time = g_irda_irq_times[2] - g_irda_irq_times[1];
if (time < 2000000 || time > 2500000)
{
/* 如果时间间隔不在预期的2.25ms范围内，则返回-1表示检测到问题 */
return -1;
}
/* 如果两个时间间隔都在预期范围内，则返回0表示没有检测到重复数据 */
return 0;
}
/**
* irda_isr - IRDA中断服务函数
* @irq: 中断号
* @dev_id: 设备标识，这里是指向GPIO描述符的指针
*
* 该函数处理IRDA的中断。它记录中断发生的时间，累积中断计数，
* 并在特定的中断计数条件下执行相应的数据处理和状态更新。
* 返回IRQ_HANDLED表示中断已成功处理。
*/
static irqreturn_t irda_isr(int irq, void *dev_id)
{
struct gpio_desc *gpio_desc = dev_id;
u64 time;
/* 1. 记录中断发生的时刻 */
time = ktime_get_ns();
g_irda_irq_times[g_irda_irq_cnt] = time;
/* 2. 累计中断次数 */
g_irda_irq_cnt++;
/* 3. 次数达标后, 删除定时器, 解析数据, 放入buffer, 唤醒APP */
if (g_irda_irq_cnt == 4) {
/* 是否重复码 */
if (0 == get_irda_repeat_datas()) {
/* device: 0, val: 0, 表示重复码 */
put_irda(0);
put_irda(0);
/* 唤醒等待的进程，并取消异步信号通知 */
wake_up_interruptible(&gpio_wait);
kill_fasync(&irda_fasync_struct, SIGIO, POLL_IN);
del_timer(&gpio_desc->irda_timer); /* 删除定时器 */
g_irda_irq_cnt = 0;
return IRQ_HANDLED;
}
}
/* 当中断计数达到68时，进行数据解析 */
if (g_irda_irq_cnt == 68) {
/* 解析IRDA数据 */
parse_irda_datas();
/* 删除定时器 */
del_timer(&gpio_desc->irda_timer);
/* 重置中断计数 */
g_irda_irq_cnt = 0;
return IRQ_HANDLED;
}
/* 重设定时器，用于等待下一个中断 */
/* 4. 启动定时器 */
mod_timer(&gpio_desc->irda_timer, jiffies + msecs_to_jiffies(100));
return IRQ_HANDLED;
}
/* 在入口函数 */
static int __init irda_init(void)
{
int err;
int i;
int count = sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]);
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
for (i = 0; i < count; i++)
{
/* 1. 获取中断号 */
gpios[i].irq = gpio_to_irq(gpios[i].gpio);
/* 2. 申请定时器 */
setup_timer(&gpios[i].irda_timer, irda_timer_expire, (unsigned long)&gpios[i]);
//timer_setup(&gpios[i].irda_timer, irda_timer_expire, 0);
/* 3. 申请中断 */
err = request_irq(gpios[i].irq, irda_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, gpios[i].name, &gpios[i]);
}
/* 注册file_operations */
major = register_chrdev(0, "100ask_irda", &irda_drv); /* /dev/gpio_desc */
gpio_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_irda_class");
if (IS_ERR(gpio_class)) {
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
unregister_chrdev(major, "100ask_irda");
return PTR_ERR(gpio_class);
}
device_create(gpio_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "irda"); /* /dev/irda */
return err;
}
/* 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数
*/
static void __exit irda_exit(void)
{
int i;
int count = sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]);
printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
device_destroy(gpio_class, MKDEV(major, 0));
class_destroy(gpio_class);
unregister_chrdev(major, "100ask_irda");
for (i = 0; i < count; i++)
{
free_irq(gpios[i].irq, &gpios[i]);
del_timer(&gpios[i].irda_timer);
}
}
/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点 */
module_init(irda_init);
module_exit(irda_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
irda_test.c
#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>
static int fd;
/*
* ./button_test /dev/irda
*
*/
int main(int argc, char **argv)
{
unsigned char buf[2];
/* 1. 判断参数 */
if (argc != 2)
{
printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);
return -1;
}
/* 2. 打开文件 */
fd = open(argv[1], O_RDWR);
if (fd == -1)
{
printf("can not open file %s\n", argv[1]);
return -1;
}
while (1)
{
if (read(fd, buf, 2) == 2)
printf("get irda: deivce 0x%02x, data 0x%02x\n", buf[0], buf[1]);
else
printf("get irda: -1\n");
}
close(fd);
return 0;
}
Makefile
# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH, 比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH, 比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
# 请参考各开发板的高级用户使用手册
KERN_DIR = /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88 # 板子所用内核源码的目录
all:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules
$(CROSS_COMPILE)gcc -o irda_test irda_test.c
clean:
make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
rm -rf modules.order irda_test
# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o
obj-m += irda_drv.o
