linux驱动篇-button-int-poll

本篇是linux下按键设备驱动，采用的中断法和poll机制，也是属于字符设备类的驱动，一起来动手吧。下面的话，老朋友可以跳过了直接从《需求描述》章节看起，新朋友可以试着看看。

前言

前言主要介绍了中年润写文章的目的，新朋友可以参考中年润其它文章来了解中年润的初衷。另外，之后的文章会大量借助流程图来表达中心思想，比较细节的步骤请大家参考中年润以前写过的文章。

最近中美贸易战正酣，中年润也想尽自己的绵薄之力。同时希望能有更多的嵌入式工作者踏实下来，努力钻研相关技术。为中国的强大出一份力。

总体目标

本篇文章的目标是介绍如何从自顶向下从零编写linux下的按键驱动。着力从总体思路，需求端，分析端，实现端，详尽描述一个完整需求的开发流程。

本示例采用arm920架构，天祥电子生产的tx2440a开发板，核心为三星的s3c2440。Linux版本为2.6.31，是已经移植好的版本。编译器为arm920t-eabi-4.1.2.tar。

总体思路

总体思路是严格遵循需求的开发流程来，不遗漏任何思考环节。读者在阅读时请先跟中年润的思路走一遍，然后再抛弃中年润的思路，按照自己的思路走一遍，如果遇到困难请先自己思考，实在不会再来参考中年润的思路和实现。

中年润在写代码的的总体思路如下：

需求描述—能够详细完整的描述一个需求。

需求分析—根据需求描述，提取可供实现的功能，需要有定量或者定性的指标。

需求分解—根据需求分析，考虑要实现需求所需要做的工作。

编写思路—根据需求分解从总体上描述应该如何编写代码。

详细步骤—根据编写思路，落实具体步骤。

编写框架—根据编写思路，实现总体框架。

具体代码—根据编写框架，编写每一个函数里所需要实现的小功能，主要是实现驱动代码，测试代码。

Makefile—用来编译驱动代码。

目录结构—用来说明当完成编码后的结果。

测试步骤—说明如何对驱动进行测试，主要是加载驱动模块，执行测试代码。

执行结果—观察执行结果是否符合预期。

结果总结—回顾本节的思路，知识点，api，结构体。

实战目标—说明如何根据本文档训练。

需求描述

编写按键驱动，要求使用中断法和poll机制。

需求分析

一张图概括用户进程和中断的交互流程。

用户的工作流程如下：

1 用户进程调用open系统调用打开/dev/mybutton设备节点，获取fd

2 用户进程拿到fd之后，调用poll系统调用检查fd的状态

2.1 如果超时则返回0

2.2 如果出错返回-1

2.3 如果有数据返回一个大于0的值

2.4 有数据则调用read系统调用读取fd中的值

3 如果按下或松开按键，在中断中保存当前的数据，并标记已有数据

4 用户进程直接调用read调用读取数据

我们需要做什么呢？针对用户的操作，驱动需要提供节点和以下几个函数。

需求分解

总体思路:

中断中保存数据，read能够返回数据，poll函数能够根据当前数据状态返回是否可读或者可写。

根据用户的每一个动作可以分析出驱动所应该做的动作

1 用户进程调用open系统调用打开/dev/mybutton设备节点，获取fd

1.1 需要提供一个设备节点/dv/mybutton，需要提供一个操作设备节点的open函数

2 用户进程拿到fd之后，调用poll系统调用检查fd的状态

2.1 如果超时则返回0,由poll系统调用+驱动保证

驱动poll需要返回0,表示当前不可读

2.2 如果出错返回-1，由poll系统调用保证

2.3 如果有数据返回一个大于0的值，由poll系统调用+驱动保证

2.3.1 驱动poll需要返回当前状态可以读或者写

2.4 有数据则调用read系统调用读取fd中的值

2.4.1 需要提供操作设备节点的read函数，用来将读取的数据返回

2.5 驱动poll关键点

驱动poll需要将当前进程加入等待队列头，给系统调用poll使用

3 如果按下或松开按键，在中断中保存当前的数据，并标记已有数据

3.1 需要一个中断处理函数

3.2 需要能够检测当前按下的是哪个按键

3.3 需要在中断中保存数据，并标记当前数据状态为有

4 用户进程直接调用read调用读取数据

4.1 需要提供一个read函数

4.2 read函数能够直接操作被保存的数据并返回给用户

最终需求就分解为

1注册字符设备，以及代表字符设备的节点

2编写open函数

3编写read函数

4编写中断处理函数

5编写poll函数

用一张图表示我们需要做的工作。

编写思路

1 入口函数

1.1 注册字符设备

1.2 创建一个类

1.3 在这个类下创建一个设备

2 出口函数

2.1 卸载字符设备

2.2 卸载class下的设备

2.3 销毁这个类

3 构造file_operations结构体

3.1 实现button_open函数

根据4个引脚的中断号，注册4个外部中断(用来感知不同的引脚)，并实现中断处理函数

3.2 中断处理函数

1 获取当前引脚的电平值

2 根据电平值判断当前是按下还是松开

松开为高电平，返回0x8x

按下为低电平，返回0x0x

3 标记中断已经触发

3.2 实现button_read函数

将在中断中保存的数据返回给用户，并将标志位清零，表示已无数据

3.3 实现button_release函数

释放注册的4个中断

3.4 实现poll函数

如果无数据，直接返回0

如果有数据，则返回可读的标志位

详细步骤

略

编写框架

略

驱动代码

因代码比较简单，我们直接通过编写思路来编写驱动代码。

/* 本代码根据中年润文章<Button-int-poll>编写思路编写 */
#include <linux/module.h>
#include <linux/ioport.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/serial_core.h>
#include <linux/serial.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <mach/hardware.h>
#include <mach/regs-gpio.h>
#include <mach/gpio-fns.h>
#include <plat/regs-serial.h>
#include <linux/poll.h>/* 需求分析 --- 需求分解 --- 编写框架 --- 编写代码 *//* 编写代码 */volatile unsigned long * gpfconf;
volatile unsigned long * gpfdat;
static struct class *my_button_cls;
static struct device * my_button_dev;
DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);//引脚描述符
struct pin_desc{int pin;int key_val;
};//引脚描述符，按引脚的不同定义不同的值，在中断中进行处理
struct pin_desc pin_desc[4] =
{{S3C2410_GPF4_EINT4,0x1},{S3C2410_GPF5_EINT5,0x2}, {S3C2410_GPF6_EINT6,0x3},{S3C2410_GPF7_EINT7,0x4},
};//标志是否进入中断
static int do_press_loos;/* 键值: 按下时, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04 */
/* 键值: 松开时, 0x81, 0x82, 0x83, 0x84 */
/* 主要是为了区分是按下还是松开 */
static unsigned char key_val = 0;
/* 3.2 中断处理函数 */
irqreturn_t button_irq(int irq, void * devid)
{int pin_val;struct pin_desc * pin_readed;pin_readed = (struct pin_desc *)devid;/* 1 获取当前引脚的电平值 */pin_val = s3c2410_gpio_getpin(pin_readed->pin);/* 2 根据电平值判断当前是按下还是松开 */    if (pin_val) /* 松开为高电平，返回0x8x */{key_val = 0x80 | pin_readed->key_val;}else       /* 按下为低电平，返回0x0x */{//把当前按键的键值给一个全局静态变量，在read函数里给用户key_val = pin_readed->key_val;}/* 3 标记中断已经触发 */do_press_loos = 1;return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}/* 3.1 实现button_open函数 */
static int button_open (struct inode * inode, struct file * filep)
{   /* 根据4个引脚的中断号，注册4个外部中断(用来感知不同的引脚)，并实现中断处理函数 *///request_irq里已经帮忙将GPF4-GPF7设置成中断引脚了，另外这里只检测下降沿int ret;ret = request_irq(IRQ_EINT4,button_irq,IRQ_TYPE_EDGE_FALLING,"S1",(void *)&pin_desc[0]);if (ret)goto errout;ret = request_irq(IRQ_EINT5,button_irq,IRQ_TYPE_EDGE_FALLING,"S2",(void *)&pin_desc[1]);if (ret)goto errout;ret = request_irq(IRQ_EINT6,button_irq,IRQ_TYPE_EDGE_FALLING,"S3",(void *)&pin_desc[2]);if (ret)goto errout;ret = request_irq(IRQ_EINT7,button_irq,IRQ_TYPE_EDGE_FALLING,"S4",(void *)&pin_desc[3]);if (ret)goto errout;return 0;
errout:return ret;
}/* 3.2 实现button_read函数 */
static ssize_t button_read (struct file * filep, char __user * buff, size_t size, loff_t * pos)
{ /* 将在中断中保存的数据返回给用户，并将标志位清零，表示已无数据 */int ret;if (size != 1)return -EINVAL;if (key_val == 0)return -EINVAL;//拷贝数据到用户空间ret = copy_to_user(buff, &key_val, sizeof(key_val));if (ret) {return -EFAULT;}//读取数据完毕后需要将标志位清零，表示暂时无数据可读do_press_loos = 0;key_val = 0;return 1;
}
static ssize_t button_write (struct file * filep, const char __user * buff, size_t size, loff_t * pos)
{return 0;
}
/* 3.3 实现button_release函数    */
static int button_release (struct inode * inode, struct file * filep)
{/* 释放注册的4个中断 */free_irq(IRQ_EINT4, &pin_desc[0]);free_irq(IRQ_EINT5, &pin_desc[1]);free_irq(IRQ_EINT6, &pin_desc[2]);free_irq(IRQ_EINT7, &pin_desc[3]);return 0;
}
/* 3.4 实现poll函数 */
unsigned int button_poll (struct file * filep, struct poll_table_struct * wait)
{/* 如果无数据，直接返回0 */unsigned int mask = 0;//将当前进程挂入等待队列头poll_wait(filep,&button_waitq,wait);/* 如果有数据，则返回可读的标志位 */if (do_press_loos) {mask |= POLLIN | POLLRDNORM;}return mask;
}/* 3 构造file_operations结构体 */
static struct file_operations button_fops = {.owner  = THIS_MODULE,.open   = button_open,.read   = button_read,.write  = button_write,.release  = button_release,.poll   = button_poll,};static int major;
/* 1 入口函数 */
static int my_button_init(void)
{int ret = 0;/* 1.1 注册字符设备 */major = register_chrdev(0,"button-poll",&button_fops);/* 1.2 创建一个类 */ my_button_cls = class_create(THIS_MODULE,"button-poll");/* 1.3 在这个类下创建一个设备 */ my_button_dev = device_create(my_button_cls,NULL,MKDEV(major,0),NULL,"mybutton");return ret;
}
/* 2 出口函数 */
static void my_button_exit(void)
{/*2.1 卸载字符设备*/unregister_chrdev(major,"button-poll");/* 2.2 卸载class下的设备 */device_unregister(my_button_dev);/* 2.3 销毁这个类 */class_destroy(my_button_cls);return;
}
/* 修饰 */
module_init(my_button_init);
module_exit(my_button_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

测试代码

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <poll.h>int main(int argc, char **argv)
{int fd,ret;unsigned char key_val;struct pollfd fds[1];fd = open("/dev/mybutton", O_RDWR);if (fd < 0) {printf("can't open!\n");}fds[0].fd     = fd;fds[0].events = POLLIN;while (1){ret = poll(fds, 1, 100);if (ret == 0) {printf("time out\n");} else if (ret > 0) {read(fd, &key_val, 1);printf("key_val = 0x%x\n", key_val);} else {printf("somthing error,errno is %d\n",ret);}}return 0;
}

Makefile

KERN_DIR = /home/linux/tools/linux-2.6.31all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf modules.orderobj-m   += button_drv_int_poll.o

目录结构

linux@dell_chi:~/nfs_root/5-button-poll$ ls
button  （编译好的测试可执行文件）
button_drv_int_poll.c  （驱动代码）
button_test_poll.c  （测试代码）
Makefile

测试步骤

0 在linux下的makefile +180行处配置好arch为arm，cross_compile为arm-linux-（或者arm-angstrom-linux-gnueabi-）

1 在menuconfig中配置好内核源码的目标系统为s3c2440

2 在pc上将驱动程序编译生成.ko，命令：make

3 在pc上将测试程序编译生成elf可执行文件，生成的button就是我们所要使用的命令。

编译：arm-angstrom-linux-gnueabi-gcc button_test_poll.c -o button

4 挂载nfs，这样就可以在开发板上看到pc端的.ko文件和测试文件

mount -t nfs -o nolock,vers=2 192.168.0.105:/home/linux/nfs_root /mnt/nfs

5 insmod button_drv.ko，加载按键的驱动模块

6执行命令./button，依次按下四个按键，观察串口的打印信息。

执行结果

[root@TX2440A 5-button-poll]# insmod button_drv_int_poll.ko

[root@TX2440A 5-button-poll]# ./button

time out

key_val = 0x4

time out

key_val = 0x4

time out

key_val = 0x3

time out

key_val = 0x3

key_val = 0x2

time out

key_val = 0x2

time out

key_val = 0x1

结果总结

在本篇文章中，中年润跟读者分享了按键字符设备驱动的编写思路和方法，其中贯穿始终的有几个函数和关键数据结构，它们分别是：

struct file_operations

struct class

struct class_device

register_chrdev

class_create

device_create

unregister_chrdev

device_destroy

class_destroy

ioremap

iounmap

DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD

request_irq / free_irq

poll_wait

请读者尽力去了解这些函数的作用，入参，返回值。

问题总结

Poll机制不用在中断处理函数里加wake_up_interruptible，也不用在read函数里加wait_event_interruptible。因为使用poll机制的进程不是靠我们加在中断函数里的唤醒函数里唤醒的。有想要了解详细机制的小伙伴可以参考我的另一篇文章《api分析篇-poll》。

实战目标

1请读者根据《需求描述》章节，独立编写需求分析和需求分解。

2请读者根据需求分析和需求分解，独立编写编写思路和详细步骤。

3请读者根据编写思路，独立写出编写框架。

4请读者根据详细步骤，独立编写驱动代码和测试代码。

5请读者根据《Makefile》章节，独立编写Makefile。

6请读者根据《测试步骤》章节，独立进行测试。

7请读者抛开上述练习，自顶向下从零开始再编写一遍驱动代码，测试代码，makefile

8如果无法独立写出7，请重复练习1-6，直到能独立写出7。

参考资料

《linux设备驱动开发祥解》

《TX2440开发手册及代码》

《韦东山嵌入式教程》

《鱼树驱动笔记》

《s3c2440a》芯片手册英文版和中文版

致谢

感谢在嵌入式领域深耕多年的前辈，感谢中年润的家人，感谢读者。没有前辈们的开拓，我辈也不能站在巨人的肩膀上看世界；没有家人的鼎力支持，我们也不能集中精力完成自己的工作；没有读者的关注和支持，我们也没有充足的动力来编写和完善文章。看完中年润的文章，希望读者学到的不仅仅是如何编写代码，更进一步能够学到一种思路和一种方法。

为了省去驱动开发者搜集各种资料来写驱动，中年润后续有计划按照本模板编写linux下的常见驱动，敬请读者关注。

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