STM32MP157驱动开发——按键驱动（查询方式）

文章目录

  • 概述
  • APP 读取按键的 4 种方法
    • 查询方式
    • 休眠-唤醒方式
    • poll 方式
    • 异步通知方式
  • 查询方式的按键驱动程序（框架）
    • 按键驱动编写思路
    • board_xxx.c
    • button_drv.c
    • button_drv.h
    • button_test.c
    • Makefile
    • 编译测试
  • 查询方式的按键驱动程序(stm32mp157)
    • board_stm32mp157.c
    • Makefile
    • 编译测试

概述

通过阅读博文：APP 访问硬件的 4 种方式，可以知道这 4 种方法并不仅仅用于 GPIO 按键，在所有的APP 调用驱动程序过程中，都是使用这些方法。

所以：

  1. APP 开发的基本技能：阻塞 、非阻塞、休眠、poll、异步通知

  2. 相应的驱动的基本技能：中断、休眠、唤醒、poll 等机制【这些基本技能是驱动开发的基础，其他大型驱动复杂的地方是它的框架及设计思想】

APP 读取按键的 4 种方法

四种方法：

  • ① 查询方式
  • ② 休眠-唤醒方式
  • ③ poll 方式
  • ④ 异步通知方式

第 2、3、4 种方法，都涉及中断服务程序。中断时，它会做某些事情：唤醒 APP、向 APP 发信号。所以，在按键驱动程序中，中断是核心。实际上，中断无论是在单片机还是在 Linux 中都很重要。在 Linux 中，中断的知识还涉及进程、线程等（中断上下文，保存资源等）

查询方式

驱动程序中构造、注册一个 file_operations 结构体，里面提供有对应的open,read 函数。APP 调用 open 时，导致驱动中对应的 open 函数被调用，在里面配置 GPIO 为输入引脚。APP 调用 read 时，导致驱动中对应的 read 函数被调用，它读取寄存器，把引脚状态直接返回给 APP。

休眠-唤醒方式

在这里插入图片描述
驱动程序中构造、注册一个 file_operations 结构体，里面提供有对应的open,read 函数。APP 调用 open 时，导致驱动中对应的 open 函数被调用，在里面配置 GPIO 为输入引脚；并且注册 GPIO 的中断处理函数。

APP 调用 read 时，导致驱动中对应的 read 函数被调用，如果有按键数据则直接返回给 APP；否则 APP 在内核态休眠。

当用户按下按键时，GPIO 中断被触发，导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据，并唤醒休眠中的 APP。APP 被唤醒后继续在内核态运行，即继续执行驱动代码，把按键数据返回给 APP(的用户空间)。

poll 方式

poll 方式就相当于定个闹钟
在这里插入图片描述
驱动程序中构造、注册一个 file_operations 结构体，里面提供有对应的open,read,poll 函数。APP 调用 open 时，导致驱动中对应的 open 函数被调用，在里面配置 GPIO为输入引脚；并且注册 GPIO 的中断处理函数。

APP 调用 poll 或 select 函数，意图是“查询”是否有数据，这 2 个函数都可以指定一个超时时间，即在这段时间内没有数据的话就返回错误，这会导致驱动中对应的 poll 函数被调用。如果有按键数据则直接返回给 APP；否则APP 在内核态休眠一段时间。

当用户按下按键时，GPIO 中断被触发，导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据，并唤醒休眠中的 APP。如果用户没按下按键，但是超时时间到了，内核也会唤醒 APP。

所以 APP 被唤醒有 2 种原因：用户操作了按键，超时。被唤醒的 APP 在内核态继续运行，即继续执行驱动代码，把“状态”返回给 APP(的用户空间)。APP 得到 poll/select 函数的返回结果后，如果确认是有数据的，则再调用 read 函数，这会导致驱动中的 read 函数被调用，这时驱动程序中含有数据，会直接返回数据。

休眠-唤醒和poll方式的区别在于唤醒的方式，以及唤醒后App首先收到的是立即调用read指令还是根据 poll/select 函数的返回结果决定是否调用read指令

异步通知方式

在这里插入图片描述

异步通知的实现原理是：内核给 APP 发信号。信号有很多种，这里发的是SIGIO。

驱动程序中构造、注册一个 file_operations 结构体，里面提供有对应的open,read,fasync 函数。APP 调用 open 时，导致驱动中对应的 open 函数被调用，在里面配置 GPIO为输入引脚；并且注册 GPIO 的中断处理函数。

APP 给信号 SIGIO 注册自己的处理函数：my_signal_fun。

APP 调用 fcntl 函数，把驱动程序的 flag 改为 FASYNC，这会导致驱动程序的 drv_fasync 函数被调用，它只是简单记录进程 PID。

当用户按下按键时，GPIO 中断被触发，导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据，然后给进程 PID 发送 SIGIO 信号（利用kill_fasync函数）。 APP 收到信号后会被打断，先执行注册的信号处理函数my_signal_fun：在信号处理函数中可以去调用 read 函数读取按键值。信号处理函数返回后，APP 会继续执行原先被打断的代码。

查询方式的按键驱动程序（框架）

按键驱动编写思路

GPIO 按键的原理图一般有如下 2 种：

在这里插入图片描述

  • 按键没被按下时，上图中左边的 GPIO 电平为高，右边的 GPIO 电平为低。
  • 按键被按下后，上图中左边的 GPIO 电平为低，右边的 GPIO 电平为高。

按键驱动框架：
在这里插入图片描述

采用分层的思想编写按键驱动：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。参考LED驱动：STM32MP157驱动开发——LED驱动（原始架构优化：分层/分离）

  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
    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。

board_xxx.c

注意 ：凡是有分配、设置、注册结构体的源文件，都有入口函数的定义，出口函数的定义，入口函数注册该结构体，出口函数销毁该结构体

#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 void board_xxx_button_init_gpio (int which)
{printk("%s %s %d, init gpio for button %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which);
}static int board_xxx_button_read_gpio (int which)
{printk("%s %s %d, read gpio for button %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__, which);//固定写1返回return 1;
}static struct button_operations my_buttons_ops ={.count = 2,.init  = board_xxx_button_init_gpio,.read  = board_xxx_button_read_gpio,
};int board_xxx_button_init(void)
{register_button_operations(&my_buttons_ops);return 0;
}void board_xxx_button_exit(void)
{unregister_button_operations();
}module_init(board_xxx_button_init);
module_exit(board_xxx_button_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;
static struct class *button_class;static int button_open (struct inode *inode, struct file *file)
{int minor = iminor(inode);p_button_opr->init(minor);//根据次设备号去区分不同的按键设备return 0;
}static ssize_t button_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *off)
{unsigned int minor = iminor(file_inode(file));char level;int err;level = p_button_opr->read(minor);//根据次设备号去区分不同的按键设备err = copy_to_user(buf, &level, 1);return 1;
}static struct file_operations button_fops = {.open = button_open,.read = button_read,
};void register_button_operations(struct button_operations *opr)
{int i;p_button_opr = opr;for (i = 0; i < opr->count; i++){device_create(button_class, NULL, MKDEV(major, i), NULL, "my_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));}
}//在其他文件中调用，需要将函数暴露出去
EXPORT_SYMBOL(register_button_operations);
EXPORT_SYMBOL(unregister_button_operations);int button_init(void)
{major = register_chrdev(0, "my_button", &button_fops);button_class = class_create(THIS_MODULE, "my_button");//注册if (IS_ERR(button_class))return -1;return 0;
}void button_exit(void)
{class_destroy(button_class);unregister_chrdev(major, "my_button");
}module_init(button_init);
module_exit(button_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

button_drv.h

#ifndef _BUTTON_DRV_H
#define _BUTTON_DRV_Hstruct button_operations {int count;void (*init) (int which);int (*read) (int which);
};void register_button_operations(struct button_operations *opr);
void unregister_button_operations(void);#endif

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/my_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;
}

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_stm32mp157_pro-sdk/Linux-5.4all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules $(CROSS_COMPILE)gcc -o button_test button_test.c clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf modules.orderrm -f button_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.oobj-m	+= button_drv.o
obj-m	+= board_xxx.o

编译测试

在Makefile文件目录下执行make指令，此时，目录下有编译好的内核模块my_led.ko和可执行程序ledtest ，移植到开发板上

insmod button_drv.ko // 装载驱动程序
insmod board_xxx.ko
ls /dev/my_button* -l // 查看设备节点
echo none > /sys/class/leds/heartbeat/trigger // 关闭心跳灯
./button_test /dev/my_button0 // 读按键

查询方式的按键驱动程序(stm32mp157)

阅读博客：STM32MP157驱动开发——LED驱动（原始架构），可知GPIO 引脚操作方法，以及STM32MP157的GPIO操作方法

在 STM32MP157 开发板上有 2 个按键，原理图如下，由原理图可知平时按键电平为高电平，按下按键后电平为低电平。按键引脚为 GPIOG_IO03、GPIOG_IO02。

在这里插入图片描述
再看芯片手册确定寄存器及操作方法，主要查看以下四个寄存器

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；

使能 GPIOG

  • 下图为针对 APU 的 GPIOA 至 K 的时钟使能寄存器，低 11 位有效。为了使用 GPIOG，我们需要将对应的 b[6]位设置为 1
    在这里插入图片描述
    设置 GPIOG_IO03、GPIOG_IO02 为 GPIO 输入模式
  • 设置 b[7:6]为 0 就可以配置 GPIOG_IO03 为输入模式，配置 b[5:4]为 0 就可以配置 GPIOG_IO02 为输入模式。
    在这里插入图片描述

读取 GPIOG_IO02 GPIOG_IO03 引脚电平

  • 读取 IDR 寄存器获取引脚状态寄存器，得到引脚电平
  • 寄存器地址为：
    在这里插入图片描述
    -

board_stm32mp157.c

由于GPIO涉及的寄存器挺多，一个一个去执行 ioremap 效率太低。可以先定义结构体，然后对结构体指针进行 ioremap。

#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"//定义一个GPIO结构体，目前只需要用到MODER和IDR
struct stm32mp157_gpio {volatile unsigned int MODER;    /*!< GPIO port mode register,               Address offset: 0x00      */volatile unsigned int OTYPER;   /*!< GPIO port output type register,        Address offset: 0x04      */volatile unsigned int OSPEEDR;  /*!< GPIO port output speed register,       Address offset: 0x08      */volatile unsigned int PUPDR;    /*!< GPIO port pull-up/pull-down register,  Address offset: 0x0C      */volatile unsigned int IDR;      /*!< GPIO port input data register,         Address offset: 0x10      */volatile unsigned int ODR;      /*!< GPIO port output data register,        Address offset: 0x14      */volatile unsigned int BSRR;     /*!< GPIO port bit set/reset,               Address offset: 0x18      */volatile unsigned int LCKR;     /*!< GPIO port configuration lock register, Address offset: 0x1C      */volatile unsigned int AFR[2];   /*!< GPIO alternate function registers,     Address offset: 0x20-0x24 */
} ;/* RCC_PLL4CR */
static volatile unsigned int *RCC_PLL4CR; /* RCC_MP_AHB4ENSETR */
static volatile unsigned int *RCC_MP_AHB4ENSETR; static struct stm32mp157_gpio *gpiog; /* KEY1: PG3, KEY2: PG2 */static void board_stm32mp157_button_init (int which) /* 初始化button, which-哪个button */      
{if (!RCC_PLL4CR){RCC_PLL4CR = ioremap(0x50000000 + 0x894, 4);RCC_MP_AHB4ENSETR = ioremap(0x50000000 + 0xA28, 4);gpiog = ioremap(0x50008000, sizeof(struct stm32mp157_gpio));//利用结构体指针，映射所有的寄存器}if (which == 0){/* 1. enable PLL4 * CG15, b[31:30] = 0b11*/*RCC_PLL4CR |= (1<<0);while((*RCC_PLL4CR & (1<<1)) == 0);/* 2. enable GPIOG */*RCC_MP_AHB4ENSETR |= (1<<6);/* 3. 设置PG3为GPIO模式, 输入模式 */gpiog->MODER &= ~(3<<6);}else if(which == 1){/* 1. enable PLL4 * CG15, b[31:30] = 0b11*/*RCC_PLL4CR |= (1<<0);while((*RCC_PLL4CR & (1<<1)) == 0);/* 2. enable GPIOG */*RCC_MP_AHB4ENSETR |= (1<<6);/* 3. 设置PG2为GPIO模式, 输入模式 */gpiog->MODER &= ~(3<<4);}}static int board_stm32mp157_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 (gpiog->IDR & (1<<3)) ? 1 : 0;elsereturn (gpiog->IDR & (1<<2)) ? 1 : 0;
}static struct button_operations my_buttons_ops = {.count = 2,.init = board_stm32mp157_button_init,.read = board_stm32mp157_button_read,
};int board_stm32mp157_button_drv_init(void)
{register_button_operations(&my_buttons_ops);return 0;
}void board_stm32mp157_button_drv_exit(void)
{unregister_button_operations();
}module_init(board_stm32mp157_button_drv_init);
module_exit(board_stm32mp157_button_drv_exit);MODULE_LICENSE("GPL");

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_stm32mp157_pro-sdk/Linux-5.4all:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules $(CROSS_COMPILE)gcc -o button_test button_test.c clean:make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules cleanrm -rf modules.orderrm -f button_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.oobj-m	+= button_drv.o
obj-m	+= board_stm32mp157.o

编译测试

其他文件利用上面的框架，只需要替换上述两个文件

insmod button_drv.ko
insmod board_stm32mp157-pro.ko
./button_test /dev/my_button0
./button_test /dev/my_button1

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​专栏内容&#xff1a; postgresql内核源码分析 手写数据库toadb 并发编程 个人主页&#xff1a;我的主页 座右铭&#xff1a;天行健&#xff0c;君子以自强不息&#xff1b;地势坤&#xff0c;君子以厚德载物. 表锁介绍 当表打开&#xff0c;或者操作表时&#xff0c;都需要…
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Go速成-常量

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