gpio输入

本章我们做一个gpio输出的实验，巩固一下pinctrl和gpio子系统，同时也为后面的学习做铺垫。

gpio输出最经典的例子就是按键，我们就用按键来做个简单的gpio输入实验。实验的目标是应用程序通过read函数读取按键状态，如果按键被按下，就反转一次led的电平。用按键控制led的亮灭。

原理图

led部分和 字符设备 章节相同。

key部分，使用板子上的ps_key1，查看原理图，对应到原理图上的KEY2，key的另一端是接地的。按下按键MIO_KEY1就会被拉低。

再找到MIO_KEY1连接的IO，为MIO50。

设备树

打开system-user.dtsi文件，在根节点中添加下面的节点：

amba {
    slcr@f8000000 {
        pinctrl@700 {
            pinctrl_led_default: led-default {
                mux {
                    groups = "gpio0_0_grp";
                    function = "gpio0";
                };

                conf {
                    pins = "MIO0";
                    io-standard = <1>;
                    bias-disable;
                    slew-rate = <0>;
                };
            };
            pinctrl_key_default: key-default {
                mux {
                    groups = "gpio0_50_grp";
                    function = "gpio0";
                };

                conf {
                    pins = "MIO50";
                    io-standard = <1>;
                    bias-high-impedance;
                    slew-rate = <0>;
                };
            };
        };
    };
};

alinxled {
    compatible = "alinx-led";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_led_default>;
    alinxled-gpios = <&gpio0 0 0>;
};

alinxkey {
    compatible = "alinx-key";
    pinctrl-names = "default";
    pinctrl-0 = <&pinctrl_key_default>;
    alinxkey-gpios = <&gpio0 50 0>;
};

其中led相关的部分和之前是一样的。

key使用的IO是MIO50，所以groups = “gpio0_50_grp”、pins = “MIO50”、alinxkey-gpio = <&gpio0 50 0>。输入引脚电气特性配置成高阻bias-high-impedance。

6.3 驱动代码

使用petalinux新建驱动名为”ax-key-dev”，在ax-key-dev中输入以下代码：

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/types.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/delay.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/io.h>

/* 设备节点名称 */
#define DEVICE_NAME       "gpio_key"
/* 设备号个数 */
#define DEVID_COUNT       1
/* 驱动个数 */
#define DRIVE_COUNT       1
/* 主设备号 */
#define MAJOR1
/* 次设备号 */
#define MINOR1            0

/* 把驱动代码中会用到的数据打包进设备结构体 */
struct alinx_char_dev{
    dev_t              devid;             //设备号
    struct cdev        cdev;              //字符设备
    struct class       *class;            //类
    struct device      *device;           //设备
    struct device_node *nd;               //设备树的设备节点
    int                alinx_key_gpio;    //gpio号
};
/* 声明设备结构体 */
static struct alinx_char_dev alinx_char = {
    .cdev = {
        .owner = THIS_MODULE,
    },
};

/* open函数实现, 对应到Linux系统调用函数的open函数 */
static int gpio_key_open(struct inode *inode_p, struct file *file_p)
{
    /* 设置私有数据 */
    file_p->private_data = &alinx_char;
    printk("gpio_test module open\n");
    return 0;
}


/* write函数实现, 对应到Linux系统调用函数的write函数 */
static ssize_t gpio_key_read(struct file *file_p, char __user *buf, size_t len, loff_t *loff_t_p)
{
    int ret = 0;
    /* 返回按键的值 */
       unsigned int key_value = 0;
    /* 获取私有数据 */
    struct alinx_char_dev *dev = file_p->private_data;

    /* 检查按键是否被按下 */
    if(0 == gpio_get_value(dev->alinx_key_gpio))
    {
        /* 按键被按下 */
        /* 防抖 */
        mdelay(50);
        /* 等待按键抬起 */
        while(!gpio_get_value(dev->alinx_key_gpio));
        key_value = 1;
    }
    else
    {
        /* 按键未被按下 */
    }
    /* 返回按键状态 */
    ret = copy_to_user(buf, &key_value, sizeof(key_value));

    return ret;
}

/* release函数实现, 对应到Linux系统调用函数的close函数 */
static int gpio_key_release(struct inode *inode_p, struct file *file_p)
{
    printk("gpio_test module release\n");
    return 0;
}

/* file_operations结构体声明, 是上面open、write实现函数与系统调用函数对应的关键 */
static struct file_operations ax_char_fops = {
    .owner   = THIS_MODULE,
    .open    = gpio_key_open,
    .read    = gpio_key_read,
    .release = gpio_key_release,
};

/* 模块加载时会调用的函数 */
static int __init gpio_key_init(void)
{
    /* 用于接受返回值 */
    u32 ret = 0;

    /* 获取设备节点 */
    alinx_char.nd = of_find_node_by_path("/alinxkey");
    if(alinx_char.nd == NULL)
    {
        printk("alinx_char node not find\r\n");
        return -EINVAL;
    }
    else
    {
        printk("alinx_char node find\r\n");
    }

    /* 获取节点中gpio标号 */
    alinx_char.alinx_key_gpio = of_get_named_gpio(alinx_char.nd, "alinxkey-gpios", 0);
    if(alinx_char.alinx_key_gpio < 0)
    {
        printk("can not get alinxkey-gpios");
        return -EINVAL;
    }
    printk("alinxkey-gpio num = %d\r\n", alinx_char.alinx_key_gpio);

    /* 申请gpio标号对应的引脚 */
    ret = gpio_request(alinx_char.alinx_key_gpio, "alinxkey");
    if(ret != 0)
    {
        printk("can not request gpio\r\n");
        return -EINVAL;
    }

    /* 把这个io设置为输入 */
    ret = gpio_direction_input(alinx_char.alinx_key_gpio);
    if(ret < 0)
    {
        printk("can not set gpio\r\n");
        return -EINVAL;
    }

    /* 注册设备号 */
    alloc_chrdev_region(&alinx_char.devid, MINOR1, DEVID_COUNT, DEVICE_NAME);

    /* 初始化字符设备结构体 */
    cdev_init(&alinx_char.cdev, &ax_char_fops);

    /* 注册字符设备 */
    cdev_add(&alinx_char.cdev, alinx_char.devid, DRIVE_COUNT);

    /* 创建类 */
    alinx_char.class = class_create(THIS_MODULE, DEVICE_NAME);
    if(IS_ERR(alinx_char.class))
    {
        return PTR_ERR(alinx_char.class);
    }

    /* 创建设备节点 */
    alinx_char.device = device_create(alinx_char.class, NULL,
                                      alinx_char.devid, NULL,
                                      DEVICE_NAME);
    if (IS_ERR(alinx_char.device))
    {
        return PTR_ERR(alinx_char.device);
    }

    return 0;
}

/* 卸载模块 */
static void __exit gpio_key_exit(void)
{
    /* 释放gpio */
    gpio_free(alinx_char.alinx_key_gpio);

    /* 注销字符设备 */
    cdev_del(&alinx_char.cdev);

    /* 注销设备号 */
    unregister_chrdev_region(alinx_char.devid, DEVID_COUNT);

    /* 删除设备节点 */
    device_destroy(alinx_char.class, alinx_char.devid);

    /* 删除类 */
    class_destroy(alinx_char.class);

    printk("gpio_key_dev_exit_ok\n");
}

/* 标记加载、卸载函数 */
module_init(gpio_key_init);
module_exit(gpio_key_exit);

/* 驱动描述信息 */
MODULE_AUTHOR("Alinx");
MODULE_ALIAS("gpio_key");
MODULE_DESCRIPTION("GPIO OUT driver");
MODULE_VERSION("v1.0");
MODULE_LICENSE("GPL");

和 pinctrl和gpio子系统 章节的很相似。

138原先是设置成输出，改成了输入。

59~82行原先的write函数变成了read。每次read就用gpio_get_value函数读取一下IO的电平，如果检测到低电平，则按键被按下，按键按下后则是常规的延时去抖，等待抬起。

read函数最后要把读到的电平返回给用户buf。

测试代码

新建QT工程名为”ax-key-test”，新建main.c，输入下列代码：

#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd, fd_l ,ret;
    char *filename, led_value = 0;
    unsigned int key_value;

    /* 验证输入参数个数 */
    if(argc != 2)
    {
        printf("Error Usage\r\n");
        return -1;
    }

    /* 打开输入的设备文件, 获取文件句柄 */
    filename = argv[1];
    fd = open(filename, O_RDWR);
    if(fd < 0)
    {
        /* 打开文件失败 */
        printf("file %s open failed\r\n", argv[1]);
        return -1;
    }

    while(1)
    {
        /* 读取按键状态 */
        ret = read(fd, &key_value, sizeof(key_value));
        if(ret < 0)
        {
            printf("read failed\r\n");
            break;
        }
        /* 按键被按下 */
        if(1 == key_value)
        {
            printf("ps_key1 press\r\n");
            led_value = !led_value;

            /* 用设备节点/dev/gpio_leds, 点亮led */
            fd_l = open("/dev/gpio_leds", O_RDWR);
            if(fd_l < 0)
            {
                printf("file /dev/gpio_leds open failed\r\n");
                break;
            }

            ret = write(fd_l, &led_value, sizeof(led_value));
            if(ret < 0)
            {
                printf("write failed\r\n");
                break;
            }

            ret = close(fd_l);
            if(ret < 0)
            {
                printf("file /dev/gpio_leds close failed\r\n");
                break;
            }
        }
    }

    ret = close(fd);
    if(ret < 0)
    {
        printf("file %s close failed\r\n", argv[1]);
        return -1;
    }

    return 0;
}

因为要点灯，所以还要用到前面led的设备节点，这边就直接用设备节点/dev/gpio_leds了，在测试时记得加载led驱动就行了。

在26行的while循环里，不停的去调用read函数读取按键状态，一旦读取到按键被按下，就去对led的io进行写操作，每次写入相反的值以达到每一次按键led状态反转的效果。

运行测试

因为修改了设备树，所以要跟新sd卡中image.ub文件。因为同时用到了led和key，所以要加载两个驱动，led驱动用上面任意一章的都行。步骤如下：

mount -t nfs -o nolock 192.168.1.107:/home/alinx/work /mnt cd /mnt mkdir /tmp/qt mount qt_lib.img /tmp/qt cd /tmp/qt source ./qt_env_set.sh cd /mnt insmod ./ax-concled-drv.ko insmod ./ax-key-drv.ko cd ./build-ax-key-test-ZYNQ-Debug/ ./ax-key-test /dev/gpio_key

IP和路径根据实际情况调整。

操作结果如下图：

执行app后，打印出的第一句” gpio_test module open”是open函数打开/dev/gpio_key设备时打印出来的，之后按下按键，led的状态就反转一次并打印ps_key1 press、gpio_test module open、gpio_test module release三行信息。