Linux驱动入门（四）非阻塞方式实现按键驱动

最新推荐文章于 2025-06-08 12:49:31 发布
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分类专栏： Linux驱动 文章标签： Linux驱动 按键驱动
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本文详细介绍如何在Linux环境下，采用非阻塞方式实现按键驱动。涵盖了字符设备注册、硬件操作，包括直接操作寄存器及使用gpiolib库两种方法，并提供了完整的源码示例。

摘要生成于 C知道 ，由 DeepSeek-R1 满血版支持， 前往体验 >

Linux驱动入门系列

Linux驱动入门（一）字符设备驱动基础

Linux驱动入门（二）操作硬件

Linux驱动入门（三）Led驱动

Linux驱动入门（四）非阻塞方式实现按键驱动

Linux驱动入门（五）阻塞方式实现按键驱动

Linux驱动入门（六）poll机制实现按键驱动

Linux驱动入门（七）使用定时器消除按键抖动

Linux驱动入门（四）非阻塞方式实现按键驱动

文章目录


本文目标：实现一个按键驱动，通过read函数非阻塞读取按键的状态

一、注册字符设备

首先第一步，先编写字符设备的框架，这一部分在Linux驱动入门（一）字符设备驱动基础中已经做了详细介绍，这里直接给出源码，不做过多的解释

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/device.h>

#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>

static dev_t dev_id;
static struct cdev *button_dev;
static struct class *button_class;

int button_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    /* 将GPIO设置为输入模式 */

    return 0;
}

ssize_t button_read(struct file *file, char __user *data, size_t size, loff_t *loff)
{
    int ret;

    /* 读取按键状态 */

    /* 将结果放回给应用层 */
    ret = copy_to_user(data, &val, sizeof(val));

    return 0;
}

static struct file_operations button_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
    .open  = button_open,
    .read  = button_read,
};

static __init int button_init(void)
{
    /* 申请设备号 */
    alloc_chrdev_region(&dev_id, 1, 1, "button");

    /* 分配字符设备 */
    button_dev = cdev_alloc();

    /* 设置字符设备 */
    cdev_init(button_dev, &button_fops);

    /* 注册字符设备 */
    cdev_add(button_dev, dev_id, 1);

    /* 创建设备节点 */
	button_class = class_create(THIS_MODULE, "button"); //创建类
	device_create(button_class, NULL, dev_id, NULL, "button"); //创建设备节点

    return 0;
}

static __exit void button_exit(void)
{
    /* 注销设备节点 */
    device_destroy(button_class, dev_id);
    class_destroy(button_class);

    /* 注销字符设备 */
    cdev_del(button_dev);
    kfree(button_dev);

    /* 注销注册的设备号 */
    unregister_chrdev_region(dev_id, 1);
}

module_init(button_init);
module_exit(button_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

编译上述驱动程序，就在模块，就会生成/dev/button设备节点，这是我们的按键驱动的基本框架，我们还需要在button_open和button_read中操作硬件来完善驱动程序

这里介绍一个知识点，用户空间和内核空间不能通过指针直接访问，必须使用内核提供的函数

从用户空间到内核空间使用

static inline long copy_from_user(void *to,
		const void __user * from, unsigned long n)

从内核空间到用户空间使用

static inline long copy_to_user(void __user *to,
		const void *from, unsigned long n)

例如在button_read中使用copy_to_user将结果返还给应用层

上述程序还未涉及到硬件，下面来讲一讲如何操作按键

二、操作硬件

2.1 操作按键

首先打开原理图，查看按键

在这里插入图片描述

这里我想操作SW5，所以要看SW5接在芯片的哪个引脚，继续在原理图中搜索EINT2

发现EIN2接在GPH0_2引脚上

在这里插入图片描述

从原理图上可以看出，当按键没有按下的时候，GPIO为高电平，按下时，GPIO为低电平，所以要看按键是否被按下，只需要查看GPIO是否为低电平

下面查看芯片的datasheet，查看如何读取读取GPIO的高低电平状态

从芯片手册中找到了下面两个寄存器

在这里插入图片描述v

在这里插入图片描述

GPH0CON设置GPIO的功能，GPH0DAT设置或者读取GPIO的值

要读取GPH0_2引脚的状态，可以这样做

GPH0CON &= (0xF<<8); //将GPH0_2设置为输入模式

int val = GPH0DAT & (1<<2); //读取GPH0_2的状态

在Linux驱动入门（二）操作硬件中详细地讲解了如何去操作硬件，分别有通用方法和使用gpiolib的方法，下面将介绍这两种方法

2.2 通用方式实现

通过直接操作寄存器的方式，来操作按键

首先从datasheet中找到寄存器的物理地址

#define GPH0CON_PHY_ADDR 0xE0200C00
#define GPH0DAT_PHY_ADDR 0xE0200C04

映射物理地址

static volatile unsigned int *gph0_con = NULL;
static volatile unsigned int *gph0_dat = NULL;

gph0_con = (volatile unsigned int *)ioremap(GPH0CON_PHY_ADDR, 8);
gph0_dat = gph0_con+1;

设置GPH0_2为输入模式

unsigned int cfg;

cfg = readl(gph0_con);
writel(cfg & ~(0xF<<8), gph0_con);

读取GPH0_2的状态

unsigned int val = readl(gph0_dat);
val = val & (1<<2);

取消地址映射

iounmap(gph0_con);

2.3 gpiolib实现

申请GPIO

设置为输入模式

gpio_direction_input(S5PV210_GPH0(2));

获取GPIO的状态

int val = gpio_get_value(S5PV210_GPH0(2));

释放GPIO

gpio_free(S5PV210_GPH0(2));

三、源码

3.1 通用方式实现

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/device.h>

#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>

#define GPH0CON_PHY_ADDR 0xE0200C00
#define GPH0DAT_PHY_ADDR 0xE0200C04

static dev_t dev_id;
static struct cdev *button_dev;
static struct class *button_class;

static volatile unsigned int *gph0_con = NULL;
static volatile unsigned int *gph0_dat = NULL;

int button_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    unsigned int cfg;

    /* 将GPIO设置为输入模式 */
    cfg = readl(gph0_con);
    writel(cfg & ~(0xF<<8), gph0_con);

    return 0;
}

ssize_t button_read(struct file *file, char __user *data, size_t size, loff_t *loff)
{
    int ret;
    unsigned int val = readl(gph0_dat);
    val = val & (1<<2);

    ret = copy_to_user(data, &val, sizeof(val));

    return 0;
}

static struct file_operations button_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
    .open  = button_open,
    .read  = button_read,
};

static __init int button_init(void)
{
    /* 申请设备号 */
    alloc_chrdev_region(&dev_id, 1, 1, "button");

    /* 分配字符设备 */
    button_dev = cdev_alloc();

    /* 设置字符设备 */
    cdev_init(button_dev, &button_fops);

    /* 注册字符设备 */
    cdev_add(button_dev, dev_id, 1);

    /* 创建设备节点 */
	button_class = class_create(THIS_MODULE, "button"); //创建类
	device_create(button_class, NULL, dev_id, NULL, "button"); //创建设备节点

    /* 映射物理地址 */
    gph0_con = (volatile unsigned int *)ioremap(GPH0CON_PHY_ADDR, 8);
    gph0_dat = gph0_con+1;

    return 0;
}

static __exit void button_exit(void)
{
    /* 注销设备节点 */
    device_destroy(button_class, dev_id);
    class_destroy(button_class);

    /* 注销字符设备 */
    cdev_del(button_dev);
    kfree(button_dev);

    /* 注销注册的设备号 */
    unregister_chrdev_region(dev_id, 1);

    /* 注销映射的地址 */
    iounmap(gph0_con);
}

module_init(button_init);
module_exit(button_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

3.2 gpiolib实现

#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/gpio.h>

#include <asm/io.h>
#include <asm/uaccess.h>

static dev_t dev_id;
static struct cdev *button_dev;
static struct class *button_class;

int button_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
    /* 将GPIO设置为输出模式 */
    gpio_direction_input(S5PV210_GPH0(2));

    return 0;
}

ssize_t button_read(struct file *file, char __user *data, size_t size, loff_t *loff)
{
    int ret;
    int val = gpio_get_value(S5PV210_GPH0(2));

    ret = copy_to_user(data, &val, sizeof(val));

    return 0;
}

static struct file_operations button_fops = {
	.owner = THIS_MODULE,
    .open  = button_open,
    .read  = button_read,
};

static __init int button_init(void)
{
    /* 申请设备号 */
    alloc_chrdev_region(&dev_id, 1, 1, "button");

    /* 分配字符设备 */
    button_dev = cdev_alloc();

    /* 设置字符设备 */
    cdev_init(button_dev, &button_fops);

    /* 注册字符设备 */
    cdev_add(button_dev, dev_id, 1);

    /* 创建设备节点 */
	button_class = class_create(THIS_MODULE, "button"); //创建类
	device_create(button_class, NULL, dev_id, NULL, "button"); //创建设备节点

    gpio_request(S5PV210_GPH0(2), "button");

    return 0;
}

static __exit void button_exit(void)
{
    /* 注销设备节点 */
    device_destroy(button_class, dev_id);
    class_destroy(button_class);

    /* 注销字符设备 */
    cdev_del(button_dev);
    kfree(button_dev);

    /* 注销注册的设备号 */
    unregister_chrdev_region(dev_id, 1);

    gpio_free(S5PV210_GPH0(2));
}

module_init(button_init);
module_exit(button_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

四、测试

将上面两个驱动任意一个保存为button_drv.c

保存下面Makefile

KERN_DIR = /mFile/arm/boardSupport/linux+QT4.8/bsp/kernel/

all:
        make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules

clean:
        make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
        rm -rf modules.order

obj-m   += button_drv.o

修改内核源码树，执行make，生成button_drv.ko，加载模块

应用测试程序

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

#define BUTTON_DEV "/dev/button"

int main(int argc, char* argv[])
{
    int val;
    
    int fd = open(BUTTON_DEV, O_RDONLY);
    if(fd < 0)
    {
        printf("failed to open %s\n", BUTTON_DEV);
        return -1;
    }

    while(1)
    {
        read(fd, &val, sizeof(val));
        if(val == 0)
        {
            printf("button press\n");
        }

        usleep(1000*10); //10ms
    }

    close(fd);

    return 0;
}

将上述程序保存为button_test.c，执行arm-linux-gcc button_test.c

执行./a.out，当按下按键的时候，可以看到控制台打印出"button press"

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