FS2410開發(fā)板上的按鍵驅(qū)動(dòng)程序（1）—基礎(chǔ)知識(shí)

作者：趙明，華清遠(yuǎn)見嵌入式學(xué)院講師。

中斷編程基礎(chǔ)

實(shí)際上，有很多Linux的驅(qū)動(dòng)都是通過(guò)中斷的方式來(lái)進(jìn)行內(nèi)核和硬件的交互。中斷機(jī)制提供了硬件和軟件之間異步傳遞信息的方式。硬件設(shè)備在發(fā)生某個(gè)事件時(shí)通過(guò)中斷通知軟件進(jìn)行處理。中斷實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)備按需獲得處理器關(guān)注的機(jī)制，與查詢方式相比可以大大節(jié)省CPU資源的開銷。

在此將介紹在驅(qū)動(dòng)程序中用于申請(qǐng)中斷的request_irq()調(diào)用，和用于釋放中斷的free_irq()調(diào)用。request_irq()函數(shù)調(diào)用的格式如下所示：

int request_irq(unsigned int irq,
void (*handler)(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs),
unsigned long irqflags, const char * devname, oid *dev_id);

其中irq是要申請(qǐng)的硬件中斷號(hào)。在Intel平臺(tái)，范圍是0～15。

參數(shù)handler為將要向系統(tǒng)注冊(cè)的中斷處理函數(shù)。這是一個(gè)回調(diào)函數(shù)，中斷發(fā)生時(shí)，系統(tǒng)調(diào)用這個(gè)函數(shù)，傳入的參數(shù)包括硬件中斷號(hào)、設(shè)備id以及寄存器值。設(shè)備id就是在調(diào)用request_irq()時(shí)傳遞給系統(tǒng)的參數(shù)dev_id。

參數(shù)irqflags是中斷處理的一些屬性，其中比較重要的有SA_INTERRUPT。這個(gè)參數(shù)用于標(biāo)明中斷處理程序是快速處理程序（設(shè)置SA_INTERRUPT）還是慢速處理程序（不設(shè)置SA_INTERRUPT）?？焖偬幚沓绦虮徽{(diào)用時(shí)屏蔽所有中斷。慢速處理程序只屏蔽正在處理的中斷。還有一個(gè)SA_SHIRQ屬性，設(shè)置了以后運(yùn)行多個(gè)設(shè)備共享中斷，在中斷處理程序中根據(jù)dev_id區(qū)分不同設(shè)備產(chǎn)生的中斷。

參數(shù)devname為設(shè)備名，會(huì)在/dev/interrupts中顯示。

參數(shù)dev_id在中斷共享時(shí)會(huì)用到。一般設(shè)置為這個(gè)設(shè)備的device結(jié)構(gòu)本身或者NULL。中斷處理程序可以用dev_id找到相應(yīng)的控制這個(gè)中斷的設(shè)備，或者用irq2dev_map()找到中斷對(duì)應(yīng)的設(shè)備。

釋放中斷的free_irq()函數(shù)調(diào)用的格式如下所示。該函數(shù)的參數(shù)與request_irq()相同。

void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id);

按鍵工作原理

LED和蜂鳴器是最簡(jiǎn)單的GPIO的應(yīng)用，都不需要任何外部輸入或控制。按鍵同樣使用GPIO接口，但按鍵本身需要外部的輸入，即在驅(qū)動(dòng)程序中要處理外部中斷。按鍵硬件驅(qū)動(dòng)原理圖如圖1所示。在圖1的4 X 4矩陣按鍵（K1~K16）電路中，使用4個(gè)輸入/輸出端口（EINT0、EINT2、EINT11和EINT19）和4個(gè)輸出端口（KSCAN0~KSCAN3）。

圖1 按鍵驅(qū)動(dòng)電路原理圖

按鍵驅(qū)動(dòng)電路使用的端口和對(duì)應(yīng)的寄存器如表11-18所示。

表1 按鍵電路的主要端口

管腳

端口

輸入/輸出

EINT0

EINIT0/GPF0

輸入/輸出

EINT2

EINT2/GPF2

輸入/輸出

EINT11

EINT11/GPG3

輸入/輸出

EINT19

EINT19/GPG11

輸入/輸出

管腳

端口

輸入/輸出

KEYSCAN0

GPE11

輸出

KEYSCAN1

GPG6

輸出

KEYSCAN2

GPE13

輸出

KEYSCAN3

GPG2

輸出

因?yàn)橥ǔＶ袛喽丝谑潜容^珍貴且有限的資源，所以在本電路設(shè)計(jì)中，16個(gè)按鍵復(fù)用了4個(gè)中斷線。那怎么樣才能及時(shí)而準(zhǔn)確地對(duì)矩陣按鍵進(jìn)行掃描呢？

某個(gè)中斷的產(chǎn)生表示，與它所對(duì)應(yīng)的矩陣行的4個(gè)按鍵中，至少有一個(gè)按鍵被按住了。因此可以通過(guò)查看產(chǎn)生了哪個(gè)中斷，來(lái)確定在矩陣的哪一行中發(fā)生了按鍵操作（按住或釋放）。例如，如果產(chǎn)生了外部2號(hào)線中斷（EINT2變?yōu)榈碗娖剑瑒t表示K7、K8、K9和K15中至少有一個(gè)按鍵被按住了。這時(shí)候4個(gè)EINT端口應(yīng)該通過(guò)GPIO配置寄存器被設(shè)置為外部中斷端口，而且4個(gè)KSCAN端口的輸出必須為低電平。

在確定按鍵操作所在行的位置之后，我們還得查看按鍵操作所在列的位置。此時(shí)要使用KSCAN端口組，同時(shí)將4個(gè)EINT端口配置為通用輸入端口（而不是中斷端口）。在4個(gè)KSCAN端口中，輪流將其中某一個(gè)端口的輸出置為低電平，其他3個(gè)端口的輸出置為高電平。這樣逐列進(jìn)行掃描，直到按鍵所在列的KSCAN端口輸出為低電平，此時(shí)按鍵操作所在行的EINT管腳的輸入端口的值會(huì)變成低電平。例如，在確認(rèn)產(chǎn)生了外部2號(hào)中斷之后，進(jìn)行逐列掃描。若發(fā)現(xiàn)在KSCAN1為低電平時(shí)（其他端口輸出均為高電平），GPF2（EINT2管腳的輸入端口）變?yōu)榈碗娖剑瑒t可以斷定按鍵K8被按住了。

以上的討論都是在按鍵的理想狀態(tài)下進(jìn)行的，但實(shí)際的按鍵動(dòng)作會(huì)在短時(shí)間（幾毫秒至幾十毫秒）內(nèi)產(chǎn)生信號(hào)抖動(dòng)。例如，當(dāng)按鍵被按下時(shí)，其動(dòng)作就像彈簧的若干次往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將產(chǎn)生幾個(gè)脈沖信號(hào)。一次按鍵操作將會(huì)產(chǎn)生若干次按鍵中斷，從而會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象。因此驅(qū)動(dòng)程序中必須要解決去除抖動(dòng)所產(chǎn)生的毛刺信號(hào)的問題。

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