【Linux驱动】三、按键读取（操作寄存器）- 查询方式
【Linux驱动】三、按键读取（操作寄存器）- 查询方式
Linux驱动,嵌入式Linux,技能树
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GPIO操作回顾
1.使能电源/时钟控制器；
2.配置引脚模式；
3.配置引脚方向——输入/输出；
4.输出电平/读取电平；

按键驱动程序框架

我们的目的写出一个容易扩展到各种芯片、各种板子的按键驱动程序，所以
驱动程序分为上下两层：
1.button_drv.c 分配/设置/注册 file_operations 结构体起承上启下的作用，向上提供 button_open,button_read 供 APP 调用。而这 2 个函数又会调用底层硬件提供的 p_button_opr 中的 init、read 函数操作硬件。
2.board_xxx.c 分配/设置/注册 button_operations 结构体这个结构体是我们自己抽象出来的，里面定义单板 xxx 的按键操作函数。 这样的结构易于扩展，对于不同的单板，只需要替换 board_xxx.c 提供自己的 button_operations 结构体即可。
总结：
上层驱动：
1.实例化file_operations；
2. 打开文件（调用下层驱动的按键初始化）；
3.读取文件（调佣下层驱动的按键读取程序）；
4.入口函数；（注册设备，创建类）
5.出口函数；（销毁设备，销毁类）
6.驱动下层的入口函数（创建设备节点）；
7. 驱动下层的出口函数（销毁设备节点）；
8.导出上面两个函数为公共接口（供驱动下层使用）；
下层驱动：
1.实例化 button_operations；
2.按键初始化函数；
3.按键读取函数；
4.入口函数（函数封装在驱动上层）；
5.出口函数；

按键原理图

平时按键电平为高，按下按键后电平为低。

芯片手册确定寄存器及操作方法

手册为：IMX6ULLRM.pdf

由下面原理图得知：

1.使能电源/时钟控制器；CCM

2.配置引脚模式(IO控制)； MUX

3.配置引脚方向——输入/输出; GDIR

4.输出电平/读取电平；PSR

第1步 使能 GPIO5

        /* 映射CCM_CCGR1寄存器，用于配置时钟和电源管理 */
        CCM_CCGR1 = ioremap(0x20C406C, 4);
        
                /* 1. enable GPIO5 
         * CG15, b[31:30] = 0b11  二进制数11-十进制3
         */
        *CCM_CCGR1 |= (3<<30);  //3后面紧跟着30个0，变成31位和30位上产生1的二进制数

第2步 使能 GPIO4

        /* 映射CCM_CCGR3寄存器，用于配置时钟和电源管理 */
        CCM_CCGR3 = ioremap(0x20C4074, 4);
        
           /* 2. set GPIO5_IO01 as GPIO 
         * MUX_MODE, b[3:0] = 0b101
         */
        *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER1 = 5;

得知：设置 CCM_CCGR1 b[31:30]、CCM_CCGR3 b[13:12]就可以使能 GPIO5、GPIO4

  1. 00：该 GPIO 模块全程被关闭
  2. 01：该 GPIO 模块在 CPU run mode 情况下是使能的；在 WAIT 或 STOP模式下，关闭
  3. 10：保留
  4. 11：该 GPIO 模块全程使能

第3步 设置 GPIO5_IO01、GPIO4_IO18 为 GPIO 模式

对于 GPIO5_IO01，设置如下寄存器

        /* 映射SNVS_TAMPER1引脚的复用控制寄存器，用于配置引脚功能 */
        IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER1 = ioremap(0x229000C, 4);

对于 GPIO4_IO14，设置如下寄存器：

        /* 映射NAND_CE1_B引脚的复用控制寄存器，用于配置引脚功能 */
        IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_NAND_CE1_B        = ioremap(0x20E01B0, 4);

第4步 设置 GPIO5_IO01、GPIO4_IO14 为输入引脚

读取引脚电平寄存器地址为：

        /* 映射GPIO4寄存器区域，用于对GPIO4组的引脚进行读写操作 */
        gpio4 = ioremap(0x020A8000, sizeof(struct imx6ull_gpio));
        /* 映射GPIO5寄存器区域，用于对GPIO5组的引脚进行读写操作 */
        gpio5 = ioremap(0x20AC000, sizeof(struct imx6ull_gpio));

设置方向寄存器，把引脚设置为输入引脚：

         /* 3. set GPIO5_IO01 as input 
         * GPIO5 GDIR, b[1] = 0b0
         */
        gpio5->gdir &= ~(1<<1);

读取引脚状态寄存器，得到引脚电平：

    if (which == 0)
        return (gpio5->psr & (1<<1)) ? 1 : 0;
    else
        return (gpio4->psr & (1<<14)) ? 1 : 0;

编程

程序结构

board_100ask_imx6ull.c

#include <linux/module.h>

#include <linux/fs.h>
#include <linux/io.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 <asm/io.h>

#include "button_drv.h"


/* 涉及的寄存器挺多，一个一个去执行
ioremap 效率太低。先定义结构体，然后对结构体指针进行 ioremap。  */
struct iomux {
    volatile unsigned int unnames[23];
    volatile unsigned int IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO00; /* offset 0x5c */
    volatile unsigned int IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO01;
    volatile unsigned int IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO02;
    volatile unsigned int IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO03;
    volatile unsigned int IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO04;
    volatile unsigned int IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO05;
    volatile unsigned int IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO06;
    volatile unsigned int IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO07;
    volatile unsigned int IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO08;
    volatile unsigned int IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_GPIO1_IO09;
    volatile unsigned int IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_TX_DATA;
    volatile unsigned int IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_RX_DATA;
    volatile unsigned int IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_UART1_CTS_B;
};

/* IMX6ULL GPIO结构体定义 */
/* 该结构体用于封装GPIO控制器的各种寄存器，以供用户空间程序直接访问和配置GPIO */
struct imx6ull_gpio {
    /* 数据寄存器（Data Register） */
    /* 用于设置或读取GPIO引脚的输出电平，或读取GPIO引脚的输入电平 */
    volatile unsigned int dr;
    
    /* 方向寄存器（Data Direction Register） */
    /* 用于设置GPIO引脚为输入或输出 */
    volatile unsigned int gdir;
    
    /* 电平敏感寄存器（Pull-up/down Selection Register） */
    /* 用于设置GPIO引脚的上拉/下拉状态 */
    volatile unsigned int psr;
    
    /* 触发模式寄存器1（Interrupt Configuration Register 1） */
    /* 用于设置GPIO引脚的中断触发模式（上升沿、下降沿或双边沿触发） */
    volatile unsigned int icr1;
    
    /* 触发模式寄存器2（Interrupt Configuration Register 2） */
    /* 用于设置GPIO引脚的中断触发模式的补充配置 */
    volatile unsigned int icr2;
    
    /* 中断使能寄存器（Interrupt Mask Register） */
    /* 用于启用或禁用GPIO引脚的中断功能 */
    volatile unsigned int imr;
    
    /* 中断状态寄存器（Interrupt Status Register） */
    /* 用于读取GPIO引脚的中断状态，或清除中断 */
    volatile unsigned int isr;
    
    /* 边沿选择寄存器（Edge Selection Register） */
    /* 用于在双边沿触发模式下选择是上升沿还是下降沿触发中断 */
    volatile unsigned int edge_sel;
};

/* enable GPIO4 */
static volatile unsigned int *CCM_CCGR3; 

/* enable GPIO5 */
static volatile unsigned int *CCM_CCGR1; 

/* set GPIO5_IO03 as GPIO */
static volatile unsigned int *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER1;

/* set GPIO4_IO14 as GPIO */
static volatile unsigned int *IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_NAND_CE1_B;

static struct iomux *iomux;

static struct imx6ull_gpio *gpio4;
static struct imx6ull_gpio *gpio5;

static void board_imx6ull_button_init (int which) /* 初始化button, which-哪个button */      
{
    /* 检查CCM_CCGR1是否已被映射 */
    if (!CCM_CCGR1)
    {
        /* 映射CCM_CCGR1寄存器，用于配置时钟和电源管理 */
        CCM_CCGR1 = ioremap(0x20C406C, 4);
        /* 映射CCM_CCGR3寄存器，用于配置时钟和电源管理 */
        CCM_CCGR3 = ioremap(0x20C4074, 4);

        /* 映射SNVS_TAMPER1引脚的复用控制寄存器，用于配置引脚功能 */
        IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER1 = ioremap(0x229000C, 4);
        /* 映射NAND_CE1_B引脚的复用控制寄存器，用于配置引脚功能 */
        IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_NAND_CE1_B        = ioremap(0x20E01B0, 4);

        /* 映射iomux寄存器区域，用于配置引脚的多功能选择 */
        iomux = ioremap(0x20e0000, sizeof(struct iomux));
        /* 映射GPIO4寄存器区域，用于对GPIO4组的引脚进行读写操作 */
        gpio4 = ioremap(0x020A8000, sizeof(struct imx6ull_gpio));
        /* 映射GPIO5寄存器区域，用于对GPIO5组的引脚进行读写操作 */
        gpio5 = ioremap(0x20AC000, sizeof(struct imx6ull_gpio));
    }

    if (which == 0)
    {
        /* 1. enable GPIO5 
         * CG15, b[31:30] = 0b11  二进制数11-十进制3
         */
        *CCM_CCGR1 |= (3<<30);  //3后面紧跟着30个0，变成31位和30位上产生1的二进制数
        
        /* 2. set GPIO5_IO01 as GPIO 
         * MUX_MODE, b[3:0] = 0b101
         */
        *IOMUXC_SNVS_SW_MUX_CTL_PAD_SNVS_TAMPER1 = 5;

        /* 3. set GPIO5_IO01 as input 
         * GPIO5 GDIR, b[1] = 0b0
         */
        gpio5->gdir &= ~(1<<1);
    }
    else if(which == 1)
    {
        /* 1. enable GPIO4 
         * CG6, b[13:12] = 0b11
         */
        *CCM_CCGR3 |= (3<<12);
        
        /* 2. set GPIO4_IO14 as GPIO 
         * MUX_MODE, b[3:0] = 0b101
         */
        IOMUXC_SW_MUX_CTL_PAD_NAND_CE1_B = 5;

        /* 3. set GPIO4_IO14 as input 
         * GPIO4 GDIR, b[14] = 0b0
         */
        gpio4->gdir &= ~(1<<14);
    }
    
}

static int board_imx6ull_button_read (int which) /* 读button, which-哪个 */
{
    //printk("%s %s line %d, button %d, 0x%x\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which, *GPIO1_DATAIN);
    if (which == 0)
        return (gpio5->psr & (1<<1)) ? 1 : 0;
    else
        return (gpio4->psr & (1<<14)) ? 1 : 0;
}

//对button_operations实例化
static struct button_operations my_buttons_ops = {
    .count = 2,
    .init = board_imx6ull_button_init,
    .read = board_imx6ull_button_read,
};


//驱动下层的入口，出口函数
int board_imx6ull_button_drv_init(void)
{
    register_button_operations(&my_buttons_ops);
    return 0;
}

void board_imx6ull_button_drv_exit(void)
{
    unregister_button_operations();
}

module_init(board_imx6ull_button_drv_init);
module_exit(board_imx6ull_button_drv_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

button_drv.c

#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/sched.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/signal.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/mm.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/wait.h>
#include <linux/skbuff.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/poll.h>
#include <linux/capi.h>
#include <linux/kernelcapi.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/moduleparam.h>

#include "button_drv.h"


static int major = 0;

static struct button_operations *p_button_opr;  //全局变量，指向按钮操作结构体，不是实例化
static struct class *button_class;

/**
 * button_open - 打开按钮设备文件的操作函数
 * @inode: 节点对象，指向设备文件在文件系统中的节点
 * @file: 文件对象，代表被打开的设备文件
 *
 * 该函数在用户空间打开按钮设备文件时被调用。它通过获取设备号(minor number)
 * 来确定具体的按钮设备，并对相应的按钮设备进行初始化操作。
 *
 * 返回值: 总是返回0，表示打开操作成功。
 */
static int button_open (struct inode *inode, struct file *file)
{
    /* 获取设备号 */
    int minor = iminor(inode);
    /* 调用按钮操作结构体中的初始化函数，对设备进行初始化 */
    p_button_opr->init(minor);
    /* 打开操作成功，返回0 */
    return 0;
}

/**
 * button_read - 读取按钮状态的函数
 * @file: 文件结构体指针，代表当前操作的文件。
 * @buf: 用户空间的缓冲区指针，用于存放读取的数据。
 * @size: 读操作的最大尺寸。
 * @off: 文件偏移量指针，本函数中未使用。
 * 
 * 该函数用于从按钮设备读取当前按钮的状态。它首先通过文件结构体获取设备的次设备号（minor number），
 * 然后调用按钮操作结构体中的读取函数获取按钮状态。最后，将按钮状态复制到用户空间的缓冲区，并返回读取的字节数。
 * 
 * 返回值:
 * 返回1表示成功读取了一个字节的数据；如果复制到用户空间失败，则返回相应的错误码。
 */
static ssize_t button_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *off)
{
    /* 获取设备的次设备号 */
    unsigned int minor = iminor(file_inode(file));
    /* 用于存放按钮的当前状态 */
    char level;
    /* 用于存放可能的错误码 */
    int err;
    
    /* 调用按钮操作结构体中的读取函数，获取按钮状态 */
    level = p_button_opr->read(minor);
    /* 将按钮状态复制到用户空间的缓冲区 */
    err = copy_to_user(buf, &level, 1);
    /* 返回成功读取的字节数 */
    return 1;
}


//驱动上层只实现打开文件，读取按键状态的操作
static struct file_operations button_fops = {
    .open = button_open,
    .read = button_read,
};



//下层驱动入口，出口函数写在这里，下层的入口出口只需要创建/销毁设备节点
/**
 * 注册按钮操作接口
 * 
 * 本函数用于注册一组按钮操作的实现，通过创建设备节点，使得系统能够识别和交互 with 按钮设备。
 * 
 * @param opr 指向结构体button_operations的指针，包含了按钮操作的实现函数和按钮的数量。
 */
void register_button_operations(struct button_operations *opr)
{
    int i;

    /* 将按钮操作的实现指针保存到全局变量，以便后续使用 */
    p_button_opr = opr;

    /* 遍历按钮操作实现结构体中的每个按钮，创建相应的设备节点 */
    for (i = 0; i < opr->count; i++)
    {
        /* 使用device_create函数创建设备节点，参数包括设备类、设备号等信息 */
        device_create(button_class, NULL, MKDEV(major, i), NULL, "100ask_button%d", i);
    }
}

void unregister_button_operations(void)
{
    int i;

    for (i = 0; i < p_button_opr->count; i++)
    {
        device_destroy(button_class, MKDEV(major, i));
    }
}

//导出为公共接口，供其他模块使用。
EXPORT_SYMBOL(register_button_operations);
EXPORT_SYMBOL(unregister_button_operations);





//上层驱动入口函数，驱动上层只需要注册设备，创建类即可
int button_init(void)
{
    major = register_chrdev(0, "100ask_button", &button_fops);

    button_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_button");
    if (IS_ERR(button_class))
        return -1;
    
    return 0;
}

//上层驱动出口函数
void button_exit(void)
{
    class_destroy(button_class);
    unregister_chrdev(major, "100ask_button");
}


/* 在系统启动时初始化按钮模块 */
module_init(button_init);

/* 在系统退出时清理按钮模块 */
module_exit(button_exit);

/* 声明模块使用GPL许可证 */
MODULE_LICENSE("GPL");

button_test.c


#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>

/*
 * ./button_test /dev/100ask_button0
 *
 */
int main(int argc, char **argv)
{
    int fd;
    char val;
    
    /* 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;
    }

    /* 3. 读文件 */
    read(fd, &val, 1);
    printf("get button : %d\n", val);
    
    close(fd);
    
    return 0;
}

button_drv.h

#ifndef _BUTTON_DRV_H
#define _BUTTON_DRV_H



/* button_operations 结构体定义了按钮操作的接口 */
struct button_operations {
    int count;
    void (*init) (int which);  //函数指针
    int (*read) (int which);
};

void register_button_operations(struct button_operations *opr);
void unregister_button_operations(void);

#endif

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 button_test button_test.c 

clean:
    make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
    rm -rf modules.order
    rm -f ledtest

# 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    += button_drv.o
obj-m    += board_100ask_imx6ull.o

上机测试

测试成功

注意按键是左下角两个，我第一次以为是板子右上角的，结果那是复位按键😫

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协议(License)：署名-非商业性使用-相同方式共享 4.0 国际 (CC BY-NC-SA 4.0)。
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KEYLinux驱动学习笔记

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