运行于Linux内核空间的“内核计时器”的使用(用它来去除按键抖动-用内核定时器实现中断下半部的处理)

按键抖动问题复现

在博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/145176361 中，我们在测试按键KEY2时，发现每按一次按键，产生了3次中断，本来应该只有2次【分别为上升沿和下降沿各一次】，当时就在博文中分析出了是由于按键抖动时产生的问题，理想的电平波形应该是下面这样的：

但实际上可能成了类似下面这样的：

这个问题我一直没有去解决它，所以在博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/145228617的程序中，按下KEY2时，仍然是检查到了两次下降沿中断事件，所以按一次产生了2个甚至3个按键值，如图所示：

从截图中，我们看到：
第1次按KEY2键时检测到了3个来自编号为110的GPIO产生的下降沿中断(编号为110的GPIO与KEY2相连)，
第2次按KEY2键时检测到了2个来自编号为110的GPIO产生的下降沿中断(编号为110的GPIO与KEY2相连)，
第3次按KEY2键时检测到了2个来自编号为110的GPIO产生的下降沿中断(编号为110的GPIO与KEY2相连)，
其实我们人在操作时只按了一次，这就不符合我们的要求。

由于KEY1和KEY2的原理图是一模一样的，所以硬件的原理是没有问题的，问题应该是KEY2按键本身或与之相关的电子元件出了问题。

更换KEY2按键或与之相关的电子元件是很麻烦的，所以咱们这里就在软件上弥补电子元件上的问题吧。

主要思路是利用内核定时器，为每个按键设一个定时器，每次中断产生后，延迟一定的时间再去读按键值(实际上是去检测哪个按键按下)，这样就可以实现软件去抖。

注意：为什么称为“内核定时器”？
答：因为本博文中的定时器只能在内核空间使用，不能在用户空间中使用。

本文实现的内核定时器实际上是中断下半部的软中断，关于中断上半部和下半部的概念，请参见我的另一篇博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/145309140。定时器由硬中断处理函数进行定时值设置，然后硬中断处理完后(硬中断为中断上半部)，再去处理定时器的软中断，这是典型的中断下半部的软中断类型。

本篇博文的代码是在哪个代码的基础上修改的？

问：本篇博文的代码是在哪个代码的基础上修改的？
答：是在博文 https://blog.youkuaiyun.com/wenhao_ir/article/details/145228617 的基础上修改而来的。

内核定时器只能在内核空间使用

为什么称为“内核定时器”？
答：因为本博文中的定时器只能在内核空间使用，不能在用户空间中使用。

完整源代码

驱动程序gpio_key_drv.c中的代码

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


struct gpio_key{
   
   
	int gpio;
	struct gpio_desc *gpiod;
	int flag;
	int irq;
	struct timer_list key_timer;
} ;

static struct gpio_key *gpio_keys_100ask;

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

static int g_key = 0;

static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_key_wait);


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

#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_value)
{
   
   
	if (!is_key_buf_full())
	{
   
   
		g_keys[w] = key_value;
		w = NEXT_POS(w);
	}
}

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


/* 实现文件操作结构体中的read函数  */
static ssize_t gpio_key_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_value;
	
	wait_event_interruptible(gpio_key_wait, !is_key_buf_empty());
	//从缓形缓冲区中取出数据
	key_value = get_key();
	err = copy_to_user(buf, &key_value, 4);

	// 返回值为4表明读到了4字节的数据
	return 4;
}


/* 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations gpio_key_drv = {
   
   
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.read    = gpio_key_drv_read,
};

// 计时器的中断处理函数
static void key_timer_expire(unsigned long data)
{
   
   
	/* data ==> gpio */
	struct gpio_key *gpio_key = (struct gpio_key *)data;
    int val;

	printk("I am key_timer_expire_fun\n");

    // 返回引脚电平的逻辑值，注意：如果是低电平有效，则当物理电平为低电平时，其返回值为1；则当物理电平为高电平时，其返回值为0.
	// 如果要得到物理电平值，可以用函数gpiod_get_raw_val