i.MX6ULL 驱动开发7—按键输入捕获与GPIO输入配置与高低电平读取

前面几篇文章，从最基础的寄存器点灯，到设备树点灯，再到GPIO子系统点灯，一步步了解嵌入式Linux开发的各种点灯原理。

点灯用到的都是GPIO的输出功能，这篇，通过按键的使用，来学习GPIO输入功能的使用。

1 硬件介绍

1.1 板子上按键原理图

先来看原理图，我板子上有4个按键sw1~sw4:

1.1.1 SW1

SW1是板子的系统复位按键，不可编程使用

1.1.2 SW2、SW3

SW2：SNVS_TAMPER1，GPIO5_1

平时是低电平，按下去是高电平。

SW3：ONOFF

它也是系统级的按键，用于长按进行开关机。

1.1.3 SW4

SW4是BOOT_MODE1脚，用来进行串行烧录模式切换，需要再与复位键配合使用。

本篇仅测试按键功能，因此可以该按键。

1.1.4 使用其中2个按键

板子上这4个按键的功能特性如下表：

本实验使用SW2和SW4这两个按键来进行实验。

2 软件编写

2.1 修改设备树文件

2.1.1 修改iomuxc节点

修改imx6ull-myboard.dts，在iomuxc节点的imx6ull-evk字节点下创建一个名为pinctrl_key的子节点，节点内容如下：

pinctrl_key: keygrp { 
    fsl,pins = < 
        MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER1__GPIO5_IO01    0x3080 /* SW2 */
        MX6ULL_PAD_BOOT_MODE1__GPIO5_IO11      0xF080 /* SW4 */
    >; 
};

这部分是对引脚进行配置，这两个引脚的定义是在imx6ull-pinfunc-snvs.h文件中：

引脚宏定义后面的值，是对引脚功能的配置：

SW2：0x3080，即0011 0000 1000 0000

SW4：0xF080，即1000 0000 1000 0000

对照之前讲解GPIO的PAD寄存器的配置，根据两个按键的实际电路配置上拉或下拉。

/*
*bit 16:0 HYS关闭
*bit [15:14]: [00]下拉 [01]47k上拉 [10]100k上拉 [11]22k上拉 <---
*bit [13]: [0]kepper功能 [1]pull功能
*bit [12]: [0]pull/keeper-disable [1]pull/keeper-enable
*bit [11]: 0 关闭开路输出
*bit [10:8]: 00 保留值
*bit [7:6]: 10 速度100Mhz
*bit [5:3]: 000 输出disable <---
*bit [2:1]: 00 保留值
*bit [0]: 0 低转换率
*/

注：SW4 (MX6ULL_PAD_BOOT_MODE1__GPIO5_IO11)这个GPIO，在设备中实际已经被其它设备(spi4)使用了。

在imx6ull-myboard.dts的300多行处，有：

pinctrl_spi4: spi4grp {
 fsl,pins = <
     MX6ULL_PAD_BOOT_MODE0__GPIO5_IO10        0x70a1
     MX6ULL_PAD_BOOT_MODE1__GPIO5_IO11        0x70a1
     MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER7__GPIO5_IO07      0x70a1
     MX6ULL_PAD_SNVS_TAMPER8__GPIO5_IO08      0x80000000
     >;
};

理论上我们应该把这里的配置给注释掉，因为1个IO是不能同时进行2种功能的。由于本次实验不使用spi4，暂且也先不管它，看看会有什么影响，如果影响了本实验，再给把这里的配置给注掉。

2.1.2 添加key节点

在根节点下创建名为key的按键节点，内容如下：

key { 
    #address-cells = <1>; 
    #size-cells = <1>; 
    compatible = "myboard-key"; 
    pinctrl-names = "default"; 
    pinctrl-0 = <&pinctrl_key>; 
    key1-gpio = <&gpio5 1 GPIO_ACTIVE_HIGH>;   /* SW2 */
    key2-gpio = <&gpio5 11 GPIO_ACTIVE_LOW>;   /* SW4 */
    status = "okay"; 
}; 

2.2 编写按键驱动程序

按键驱动，也属于字符设备驱动，和之前的字符设备驱动的框架一样，主要的修改点在按键的硬件初始化配置已经按键的读取。

新建一个key-Bsp.c

2.2.1 按键的硬件初始化

初始化的流程，就是使用OF函数来从设备树中获取key节点，然后使用GPIO子系统的API函数，将GPIO配置为输入。

static int keyio_init(void)
{
    keydev.nd = of_find_node_by_path("/key");
    if (keydev.nd== NULL) 
    {
        return -EINVAL;
    }

    keydev.key1_gpio = of_get_named_gpio(keydev.nd ,"key1-gpio", 0);
    keydev.key2_gpio = of_get_named_gpio(keydev.nd ,"key2-gpio", 0);
    if ((keydev.key1_gpio < 0)||(keydev.key2_gpio < 0))
    {
        printk("can't get key\r\n");
        return -EINVAL;
    }
    printk("key1_gpio=%d, key2_gpio=%d\r\n", keydev.key1_gpio, keydev.key2_gpio);

    /* 初始化key所使用的IO */
    gpio_request(keydev.key1_gpio, "key1");    /* 请求IO */
    gpio_request(keydev.key2_gpio, "key2");    /* 请求IO */
    gpio_direction_input(keydev.key1_gpio);    /* 设置为输入 */
    gpio_direction_input(keydev.key2_gpio);    /* 设置为输入 */
    return 0;
}

2.2.2 读取按键的值

读取按键的值，也是GPIO子系统的API函数来读取。读取到按键的值后，将该值传递出来给应用层使用，注意这里使用了原子操作的方式atomic_set和atomic_read实现数据的写入和读取。

/* 定义按键值 */
#define KEY1VALUE      0X01    /* 按键值       */
#define KEY2VALUE      0X02    /* 按键值       */
#define INVAKEY        0X00    /* 无效的按键值 */

static ssize_t key_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
    int ret = 0;
    int value;
    struct key_dev *dev = filp->private_data;

    if (gpio_get_value(dev->key1_gpio) == 1)         /* key1按下 */
    {
        printk("get key1: high\r\n");
        while(gpio_get_value(dev->key1_gpio));       /* 等待按键释放 */
        atomic_set(&dev->keyvalue, KEY1VALUE);
    }
    else if (gpio_get_value(dev->key2_gpio) == 0)    /* key2按下 */
    {
        printk("get key2: low\r\n");
        while(!gpio_get_value(dev->key2_gpio));      /* 等待按键释放 */
        atomic_set(&dev->keyvalue, KEY2VALUE);
    }
    else
    {
        atomic_set(&dev->keyvalue, INVAKEY);        /* 无效的按键值 */
    }

    value = atomic_read(&dev->keyvalue);
    ret = copy_to_user(buf, &value, sizeof(value));
    return ret;
}

2.3 编写按键应用程序

新建一个key-App.c

按键的应用层程序，主要就通过驱动程序提供的按键读取接口，来循环读取按键的值，并在按键按下时，将按键的值打印出来。

/* 定义按键值 */
#define KEY1VALUE   0X01
#define KEY2VALUE   0X02
#define INVAKEY     0X00

int main(int argc, char *argv[])
{
    int fd, ret;
    char *filename;
    int keyvalue;

    if(argc != 2)
    {
        printf("Error Usage!\r\n");
        return -1;
    }

    filename = argv[1];

    /* 打开key驱动 */
    fd = open(filename, O_RDWR);
    if(fd < 0)
    {
        printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
        return -1;
    }

    /* 循环读取按键值数据！ */
    while(1)
    {
        read(fd, &keyvalue, sizeof(keyvalue));
        if (keyvalue == KEY1VALUE)
        {
            printf("KEY1 Press, value = %#X\r\n", keyvalue);
        }
        else if (keyvalue == KEY2VALUE)
        {
            printf("KEY2 Press, value = %#X\r\n", keyvalue);
        }
    }

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

3 实验测试

3.1 编译程序

3.1.1 编译设备树

编译设备树文件，并将编译出的dtb文件复制到启动文件夹：

网络方式启动开发板，查看key节点：

3.1.2 编译按键驱动程序

3.1.3 编译按键应用程序

3.2 测试

3.3 查看CPU占用率

先Ctrl+C结束掉此按键进程，然后使用如下指令来后台运行按键程序：

./key-App /dev/key &

然后再使用指令：

top

来查看CPU是使用情况。从下图可以看出，此时CPU的使用率是99.8%，全被按键检查程序占用了，因为按键程序中有个while循环在一直读取按键的值。

使用指令：

ps

查看按键的进程号，如下图为149，再使用：

kill -9 149

来杀掉按键进程，然后再使用top指令查看，可以看到CPU的使用率又变回了0。

实际的按键使用中，一般不会使用本篇的这种持续检测导致CPU占满的方式，本篇只是先来介绍GPIO的输入功能的使用，后续会使用更加高效的按键检测机制来实现按键检测功能。

4 总结

本篇主要介绍了i.MX6ULL的按键检测的使用，主要的知识点是设备树的修改，以及GPIO的输入配置与高低电平的读取。