【韦东山驱动入门实验班】通用驱动框架1之人体红外感应驱动

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/Microsoft_t/article/details/143310726

Linux驱动 = 框架 + 硬件操作

1. SR501 人体红外感应模块介绍

人体都有恒定的体温，一般在 37 度，所以会发出特定波长 10uM 左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的 10uM 左右的红外线而进行工作的。人体发射的 10uM左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。
Alt

通过跳线来设置是否可以重复触发，默认为 L。其中 L 表示不可重复，H 表示可重复。含义如下：

不可重复方式
当传感器感应到人体输出高电平之后，延时一段时间，延时时间结束不管人是否离开，输出自动将高电平转为低电平。
可重复方式
感应到人体输出高电平之后，在延时时间段内，如果人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平（感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点）

可以通过电位器实现封锁时间和检测距离的调节：

调节封锁时间
感应模块在每一个感应输出后（高电平变为低电平）有一个封锁时间，在此时间段内不接收任何感应信号。顺时针调节电位器，封锁时间加长；反之，封锁时间减短。
调节检测距离
即有效距离的远近。调节距离电位器顺时针旋转，感应距离增大；反之，感应距离减小。

2. 接线图（引脚编号）

2.1 STM32MP175拓展板

MP157拓展板-GPIO
当拓展板和人体红外感应模块相接时，使用到的引脚如上图所示。而GPIOA5引脚作为输入引脚，获得该引脚上的电平，当感应到人体时，可以读取到高电平。GPIOA5对于的GPIO引脚编号为：(1-1)*16 + 5 = 5

2.2 人体红外感应模块

SR501 人体红外感应接线图

2.3 实物接线图

在这里插入图片描述

3. 在通用框架1基础上修改驱动程序

修改或者阅读一个驱动程序，从它的入口函数开始。

在入口函数中，包含对GPIO的操作、注册 file_operations 结构体、以及其他辅助信息。

GPIO操作，对于人体红外感应模块，不需要设置定时器，但是依然要注册中断；
修改驱动程序的核心file_operations结构体，删除write操作函数（本模块不需要写数据）；
修改辅助信息，如：类的名称、设备名称等；

在出口函数中，实现入口函数的反操作。

#include <linux/module.h>
#include <linux/poll.h>

#include <linux/fs.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 <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/timer.h>

struct gpio_desc{
	int gpio;
	int irq;
	int key;
    char *name;
} ;

static struct gpio_desc gpios[1] = {
    {5, 0, 0 , "sr501"},
};

/* 主设备号                                                                 */
static int major = 0;
static struct class *gpio_class;

/* 环形缓冲区 */
#define BUF_LEN 128
static int g_keys[BUF_LEN];
static int r, w;

struct fasync_struct *button_fasync;

#define NEXT_POS(x) ((x+1) % BUF_LEN)

static int is_key_buf_empty(void)
{
	return (r == w);
}

static int is_key_buf_full(void)
{
	return (r == NEXT_POS(w));
}

static void put_key(int key)
{
	if (!is_key_buf_full())
	{
		g_keys[w] = key;
		w = NEXT_POS(w);
	}
}

static int get_key(void)
{
	int key = 0;
	if (!is_key_buf_empty())
	{
		key = g_keys[r];
		r = NEXT_POS(r);
	}
	return key;
}


static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_wait);

/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                   */
static ssize_t gpio_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	int err;
	int key;

	if (is_key_buf_empty() && (file->f_flags & O_NONBLOCK))
		return -EAGAIN;
	
	wait_event_interruptible(gpio_wait, !is_key_buf_empty());
	key = get_key();
	err = copy_to_user(buf, &key, 4);
	
	return 4;
}

static unsigned int gpio_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
	//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	poll_wait(fp, &gpio_wait, wait);
	return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
}

static int gpio_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{
	if (fasync_helper(fd, file, on, &button_fasync) >= 0)
		return 0;
	else
		return -EIO;
}


/* 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations gpio_key_drv = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.read    = gpio_drv_read,
	.poll    = gpio_drv_poll,
	.fasync  = gpio_drv_fasync,
};


static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{
	struct gpio_desc *gpio_desc = dev_id;
	int val;
	int key;
	
	printk("gpio_key_isr key %d irq happened\n", gpio_desc->gpio);
	
	val = gpio_get_value(gpio_desc->gpio);

	//printk("key_timer_expire key %d %d\n", gpio_desc->gpio, val);
	key = (gpio_desc->key) | (val<<8);
	put_key(key);
	wake_up_interruptible(&gpio_wait);
	kill_fasync(&button_fasync, SIGIO, POLL_IN);
	return IRQ_HANDLED;
}


/* 在入口函数 */
static int __init gpio_drv_init(void)
{
    int err;
    int i;
    int count = sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]);
    
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	
	for (i = 0; i < count; i++)
	{		
		gpios[i].irq  = gpio_to_irq(gpios[i].gpio);
		err = request_irq(gpios[i].irq, gpio_key_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, gpios[i].name, &gpios[i]);
	}

	/* 注册file_operations 	*/
	major = register_chrdev(0, "100ask_s501", &gpio_key_drv);  /* /proc/devises/100ask_s501 */

	gpio_class = class_create(THIS_MODULE, "sr501_class");
	if (IS_ERR(gpio_class)) {
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		unregister_chrdev(major, "100ask_s501");
		return PTR_ERR(gpio_class);
	}

	device_create(gpio_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "sr501"); /* /dev/sr501 */
	
	return err;
}

/* 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数
 */
static void __exit gpio_drv_exit(void)
{
    int i;
    int count = sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]);
    
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

	device_destroy(gpio_class, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(gpio_class);
	unregister_chrdev(major, "100ask_s501");

	for (i = 0; i < count; i++)
	{
		free_irq(gpios[i].irq, &gpios[i]);
	}
}
module_init(gpio_drv_init);
module_exit(gpio_drv_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

4. 上机测试

采用阻塞方式循环读取引脚上的电平。当读到高电平时，表示有人体活动，数据为：0x100。测试程序如下：

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>

static int fd;

int main(int argc, char **argv)
{
	int val;
	int ret;
	
	/* 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;
	}

	while(1)
	{
		if (read(fd, &val, 4) == 4)
			printf("get button: 0x%x\n", val);
		else
			printf("get button: -1\n");
	}

	close(fd);
	return 0;
}