【i.MX6ULL】驱动开发8——中断法检测按键

上篇，学习GPIO输入功能的使用，本篇，来学习使用中断的方式来检测按键的按下。

1 Linux中断介绍1.1 中断的上半部与下半部1.2 下半部的3种实现方式1.2.1 软中断1.2.2 tasklet1.2.3 工作队列1.3 中断API函数1.3.1 request_irq中断请求函数1.3.2 free_irq中断释放函数 1.3.3 irq_handler_t中断处理函数1.3.4 中断使能/禁用函数1.3.5 获取中断号2 软件编写2.1 修改设备树文件2.2 按键中断驱动程序2.2.1 硬件初始化与中断配置2.2.2 中断服务函数2.2.3 定时器服务函数2.2.4 按键读取函数2.3 按键中断驱动程序3 实验4 总结

1 Linux中断介绍

1.1 中断的上半部与下半部

中断处理函数的执行，越快越好，但实际使用中，某些情况确实需要比较耗时是中断过程，为此，Linux内核将中断分为上半部和下半部两个处理部分：

上半部：中断处理函数，那些处理过程比较快，不会占用很长时间的处理就可以放在上半部完成

下半部：如果中断处理过程比较耗时，那么就将这些比较耗时的代码提出来，交给下半部去执行，这样中断处理函数就会快进快出

对于一个中断，如何划分出上下两部分呢?

对时间敏感，将其放在上半部

和硬件相关，将其放在上半部

要求不被其他中断打断，将其放在上半部

其他所有任务，考虑放在下半部

1.2 下半部的3种实现方式

1.2.1 软中断

Linux内核使用softirq_action结构体表示软中断：

struct softirq_action { void (*action)(struct softirq_action *); };

一共有 10 个软中断

enum { HI_SOFTIRQ = 0, /* 高优先级软中断 */ TIMER_SOFTIRQ, /* 定时器软中断 */ NET_TX_SOFTIRQ, /* 网络数据发送软中断 */ NET_RX_SOFTIRQ, /* 网络数据接收软中断 */ BLOCK_SOFTIRQ, BLOCK_IOPOLL_SOFTIRQ, TASKLET_SOFTIRQ, /* tasklet 软中断 */ SCHED_SOFTIRQ, /* 调度软中断 */ HRTIMER_SOFTIRQ, /* 高精度定时器软中断 */ RCU_SOFTIRQ, /* RCU 软中断 */ NR_SOFTIRQS };

要使用软中断，必须先使用open_softirq函数注册对应的软中断处理函数:

/** * nr: 要开启的软中断 * action: 软中断对应的处理函数 * return: 无 */ void open_softirq(int nr, void (*action)(struct softirq_action *))

注册好软中断以后需要通过raise_softirq函数触发：

/** * nr: 要触发的软中断 * return: 无 */ void raise_softirq(unsigned int nr)

1.2.2 tasklet

Linux内核使用tasklet_struct结构体来表示tasklet：

struct tasklet_struct { struct tasklet_struct *next; /* 下一个tasklet */ unsigned long state; /* tasklet状态 */ atomic_t count; /* 计数器, 记录对tasklet的引用数 */ void (*func)(unsigned long); /* tasklet执行的函数 */ unsigned long data; /* 函数func的参数 */ };

要使用 tasklet，必须先定义一个tasklet，然后初始化：

/** * t: 要初始化的tasklet * func: tasklet的处理函数 * data: 要传递给func函数的参数 * return: 无 */ void tasklet_init(struct tasklet_struct *t, void (*func)(unsigned long), unsigned long data);

在上半部（中断处理函数）中调用tasklet_schedule函数就能使tasklet在合适的时间运行：

/** * t: 要调度的tasklet * return: 无 */ void tasklet_schedule(struct tasklet_struct *t)

1.2.3 工作队列

工作队列（work queue）是另外一种将中断的部分工作推后的一种方式，它可以实现一些tasklet不能实现的工作，比如工作队列机制可以睡眠。

Linux 内核使用work_struct结构体表示一个工作：

struct work_struct { atomic_long_t data; struct list_head entry; work_func_t func; /* 工作队列处理函数 */ };

这些工作组织成工作队列，工作队列使用workqueue_struct结构体表示。

1.3 中断API函数

1.3.1 request_irq中断请求函数

/** * irq: 要申请中断的中断号 * handler: 中断处理函数，当中断发生以后就会执行此中断处理函数 * flags: 中断标志 * name: 中断名字 * dev: 设备结构体 * return: 0-中断申请成功, 其他负值-中断申请失败 */ int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long flags, const char *name, void *dev)

flags中断标志，有下面几种类型

1.3.2 free_irq中断释放函数

/** * irq: 要释放中断的中断号 * dev: 设备结构体 * return: 无 */ void free_irq(unsigned int irq, void *dev)

1.3.3 irq_handler_t中断处理函数

/** * int: 要处理的中断号 * void *: 通用指针, 需要与request_irq函数的dev参数保持一致 * return: irqreturn_t枚举类型 */ irqreturn_t (*irq_handler_t) (int, void *)

irqreturn_t枚举类型定义：

enum irqreturn { IRQ_NONE = (0 << 0), IRQ_HANDLED = (1 << 0), IRQ_WAKE_THREAD = (1 << 1), }; typedef enum irqreturn irqreturn_t;

1.3.4 中断使能/禁用函数

/** * int: 要使能的中断号 */ void enable_irq(unsigned int irq) /** * int: 要禁用的中断号 */ void disable_irq(unsigned int irq)

1.3.5 获取中断号

使用中断时，中断信息先写到了设备树里面，然后通过irq_of_parse_and_map函数从interupts属性中提取到对应的中断号

/** * dev: 设备节点 * index: 索引号 * return: 中断号 */ unsigned int irq_of_parse_and_map(struct device_node *dev, int index)

2 软件编写

仍使用上篇按键实验中用到的两个按键：

为了理解简单，本次程序暂不实现中断的下半部逻辑，直接将整个中断处理过程都放到中断的上半部中处理。

2.1 修改设备树文件

在上篇key实验代码的基础上，修改imx6ull-myboard.dts，主要是修改key子节点，添加中断，修改后内容如下：

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

2.2 按键中断驱动程序

2.2.1 硬件初始化与中断配置

static int keyio_init(void) { unsigned char i = 0; int ret = 0; /* 设备树中获取key节点 */ imx6uirq.nd = of_find_node_by_path("/key"); if (imx6uirq.nd== NULL) { printk("key node not find!\r\n"); return -EINVAL; } /* 提取GPIO */ imx6uirq.irqkeydesc[0].gpio = of_get_named_gpio(imx6uirq.nd ,"key1-gpio", 0); imx6uirq.irqkeydesc[1].gpio = of_get_named_gpio(imx6uirq.nd ,"key2-gpio", 0); if ((imx6uirq.irqkeydesc[0].gpio < 0)||(imx6uirq.irqkeydesc[1].gpio < 0)) { printk("can't get key\r\n"); return -EINVAL; } printk("key1_gpio=%d, key2_gpio=%d\r\n", imx6uirq.irqkeydesc[0].gpio, imx6uirq.irqkeydesc[1].gpio); /* 初始化key所使用的IO，并且设置成中断模式 */ for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) { memset(imx6uirq.irqkeydesc[i].name, 0, sizeof(imx6uirq.irqkeydesc[i].name)); /* 缓冲区清零 */ sprintf(imx6uirq.irqkeydesc[i].name, "key%d", i+1); /* 组合名字 */ gpio_request(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio, imx6uirq.irqkeydesc[i].name); gpio_direction_input(imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio); imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum = irq_of_parse_and_map(imx6uirq.nd, i); /* 取到对应的中断号 */ printk("key%d:gpio=%d, irqnum=%d\r\n",i+1, imx6uirq.irqkeydesc[i].gpio, imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum); } /* 申请中断 */ imx6uirq.irqkeydesc[0].handler = key1_handler; imx6uirq.irqkeydesc[1].handler = key2_handler; imx6uirq.irqkeydesc[0].value = KEY1VALUE; imx6uirq.irqkeydesc[1].value = KEY2VALUE; for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) { /* 中断请求函数 */ ret = request_irq(imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum, imx6uirq.irqkeydesc[i].handler, IRQF_TRIGGER_FALLING|IRQF_TRIGGER_RISING, imx6uirq.irqkeydesc[i].name, &imx6uirq); if(ret < 0) { printk("irq %d request failed!\r\n", imx6uirq.irqkeydesc[i].irqnum); return -EFAULT; } } /* 创建定时器 */ init_timer(&imx6uirq.timer1); imx6uirq.timer1.function = timer1_function; init_timer(&imx6uirq.timer2); imx6uirq.timer2.function = timer2_function; return 0; }

中断检测到按键按下后，为了消除按键抖动，这里使用定时器来进行按键消抖，因为本次实验用到两个按键，所以就先也使用两个定时器。

2.2.2 中断服务函数

static irqreturn_t key1_handler(int irq, void *dev_id) { struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)dev_id; dev->timer1.data = (volatile long)dev_id; mod_timer(&dev->timer1, jiffies + msecs_to_jiffies(10)); /* 10ms定时 */ return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED); }

中断函数检测到按键按下后，会开启一个10ms的定时器，用来按键消抖。

2.2.3 定时器服务函数

定时器的10ms到达之后，会触发定时器服务函数，此时再次读取按键的值，若仍为按下，则是按键真的按下了，若10ms后又检测不到按键了，则说明是按键抖动导致的按键误触发。

void timer1_function(unsigned long arg) { unsigned char value; struct irq_keydesc *keydesc; struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)arg; keydesc = &dev->irqkeydesc[0]; value = gpio_get_value(keydesc->gpio); /* 读取IO值 */ if(value == 1) /* 按下按键 */ { printk("get key1: high\r\n"); atomic_set(&dev->keyvalue, keydesc->value); } else /* 按键松开 */ { printk("key1 release\r\n"); atomic_set(&dev->keyvalue, 0x80 | keydesc->value); atomic_set(&dev->releasekey, 1); /* 标记松开按键，即完成一次完整的按键过程 */ } }

2.2.4 按键读取函数

static ssize_t imx6uirq_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt) { int ret = 0; unsigned char keyvalue = 0; unsigned char releasekey = 0; struct imx6uirq_dev *dev = (struct imx6uirq_dev *)filp->private_data; keyvalue = atomic_read(&dev->keyvalue); releasekey = atomic_read(&dev->releasekey); if (releasekey) /* 有按键按下 */ { //printk("releasekey!\r\n"); if (keyvalue & 0x80) { keyvalue &= ~0x80; ret = copy_to_user(buf, &keyvalue, sizeof(keyvalue)); } else { goto data_error; } atomic_set(&dev->releasekey, 0); /* 按下标志清零 */ } else { goto data_error; } return 0; data_error: return -EINVAL; }

2.3 按键中断驱动程序

按键中断的应用程序，使用上篇的按键检测的应用程序即可

3 实验

编译设备树与驱动文件（irqkey-BSp.ko），使用上篇的按键应用程序(key-App)，按下按键，会打印get key，松开按键，会打印key release。

4 总结

本篇主要介绍了Linux中断的使用方法，通过按键来进行中断实验测试，并使用Linux定时器进行按键去抖。

Linux 单片机

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