S3C2440 使用定时器实现按键防抖（十一）

使用定时器实现按键防抖

 

发生抖动现象：

按下0x1，松开0x81，一一对应。但是出现“按下0x1，按下0x1，松开0x81”。按下操作，会出现两个值，说明出现了抖动。

 

抖动如何产生的？

按键是一个机械的开关，当我们按下按键的时候，里面的金属弹片可能会抖动了几次，就产生了些脉冲，脉冲就会产生中断。一次按下，可能出现多次中断。

 

目的：

防抖动。

 

定时器的两要素：

1、超时时间

2、处理函数

 

如何使用定时器防抖动？

以前，一产生中断，就在中断处理函数里面来确定按键值，上报按键值。

※※※

目的：在中断里面，修改定时器，10ms后才执行处理函数（确定按键值，上报）。

第一个中断产生后，10ms后才处理。

马上来了第二个中断，机械抖动非常快，根本到不了10ms。修改同一个定时器，从当前时刻起，10s后才处理。之前的“10ms后才处理”就取消了，因为是同一个定时器。

马上来了第三个中断，机械抖动非常快，根本到不了10ms。修改同一个定时器，从当前时刻起，10s后才处理。之前的“10ms后才处理”又取消了，因为是同一个定时器。

…… ……

上面的操作，因为是修改同一个定时器的超时时间。就像调闹钟一样，把闹钟的时间往后面调，最终只会导致闹钟响一次。

 

 

前方高能预警

定时器可以仿照aha152x.c文件中的static int aha152x_device_reset函数来写。

1、定义一个timer定时器结构体：static struct timer_list buttons_timer;

 

2、初始化：

static int sixth_drv_init(void)

{

    init_timer(&buttons_timer);

    buttons_timer.data     = (unsigned long) SCpnt;

    buttons_timer.expires  = jiffies + 100*HZ;   /* 10s */ （超时时间）

    buttons_timer.function = buttons_timer_function;（当定时器的超时时间到了，就会调用函数buttons_timer_function）

}

3、把定时器告诉内核：add_timer(&buttons_timer);

4、修改驱动程序里面的代码：把中断里面的东西，移动到定时器buttons_timer_function函数里面。

5、全局变量jiffies用来记录自系统启动以来产生的节拍的总数。启动时，内核将该变量初始化为0，此后，每次时钟中断处理程序都会增加该变量的值。一秒内时钟中断的次数等于Hz，所以jiffies一秒内增加的值也就是Hz。系统运行时间以秒为单位，等于jiffies/Hz。

6、超时时间就是闹钟什么时候到，修改定时器的超时时间：mod_timer()。超时时间是基于jiffies这个值，jiffies是一个全局变量，系统每隔10ms，就会产生一个系统时钟中断，jiffies就会累加，可以使用命令cat /proc/interrupts 查看jiffies的值。

1秒就是HZ，HZ=100。说明1秒内，jiffies增加100。10ms后启动定时器，HZ=1s，(1s)/100=10ms.。

static irqreturn_t button_irq(int irq, void *dev_id) //中断处理函数
{
//为了防抖动，修改定时器的超时时间10ms，超时时间就是闹钟什么时候到
//超时时间基于jiffies
//1秒就是HZ，HZ=100。说明1秒内，jiffies增加100
//10ms后启动定时器
irq_pd = (struct pin_desc *)dev_id;//把它记录下来
mod_timer(&buttons_timer, jiffies+HZ/100);//HZ=1s,1s/100=10ms
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}

7、※※※假设当前的jiffies=50，HZ=100。buttons_timer.expine(超时时间)=50+100/100=51。每隔10ms就会产生系统时钟中断，在系统中断里面，这个jiffies值会累加（jiffies++）。下一个系统时钟后，jiffies的值就会变成51，在中断处理函数里面，会从定时器链表里面，把定时器给找出来，看一下哪个时间到了，发现已经jiffies≥超时间expine，就会调用它的处理函数。

8、定义：static struct pin_desc *irq_pd; //发生中断时的引脚描述

9、irq_pd = (struct pin_desc *)dev_id;//把它记录下来

     在中断处理函数就可以用起来了：struct pin_desc * pindesc = irq_pd;

10、因为在驱动程序入口函数sixth_drv_init，没有设置超时时间，一开始的超时时间为0。所以jiffies>=0，它就会立刻调用处理函数，但是这个时候，还没按键中断产生。进行处理：

void buttons_timer_function(unsigned long data)

{

        if (!pinval)    //如果按键值是空的，直接return

    return;

}

11、如果有多个中断，不断有抖动，总是把时间基于当前时间推迟10ms。这样就可以把多个中断，合成一个定时器处理。

 

 

驱动程序buttons.c

/*
	一、驱动框架：

	1.先定义file_operations结构体，其中有对设备的打开，读和写的操作函数。
	2.分别定义相关的操作函数
	3.定义好对设备的操作函数的结构体（file_operations）后，将其注册到内核的file_operations结构数组中。
	  此设置的主设备号为此结构在数组中的下标。
	4.定义出口函数：卸载注册到内核中的设备相关资源
	5.修饰 入口 和 出口函数
	6.给系统提供更多的内核消息，在sys目录下提供设备的相关信息。应用程序udev可以据此自动创建设备节点，
	  创建一个class设备类，在此类下创建设备
*/

#include <linux/module.h>	//内涵头文件，含有一些内核常用函数的原形定义。
#include <linux/kernel.h>	//最基本的文件，支持动态添加和卸载模块。Hello World驱动要这一个文件就可以。
#include <linux/fs.h>		//包含了文件操作相关的struct的定义，例如struct file_operations
#include <linux/init.h>		
#include <linux/delay.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/uaccess.h>	//包含了copy_to_user、copy_from_user等内核访问用户进程内存地址的函数定义
#include <asm/irq.h>
#include <asm/io.h>			//包含了ioremap、ioread等内核访问IO内存等函数的定义
#include <asm/arch/regs-gpio.h>
#include <asm/hardware.h>
#include <linux/poll.h>


static struct class *sixthdrv_class;	//一个类
static struct class_device	*sixthdrv_class_dev;	//一个类里面再建立一个设备

volatile unsigned long *gpfcon;
volatile unsigned long *gpfdat;

volatile unsigned long *gpgcon;
volatile unsigned long *gpgdat;

static struct timer_list buttons_timer;

/* 下面两个是定义休眠函数的参数 */
static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq);

/* 中断时间标志，中断服务程序将它置1，sixth_drv_read将它清0 */
static volatile int ev_press=0;

static struct fasync_struct *button_async;

/* 引脚描述的结构体 */
struct pin_desc{
	unsigned int pin;
	unsigned int key_val;
};


/* 键值：按下时，0x01，0x02，0x03，0x04 */
/* 键值：松开时，0x81，0x82，0x83，0x84 */

static unsigned char keyval;	//键值


/* 在request_irq函数中把结构体传进去 */
struct pin_desc pins_desc[4] = {	//键值先赋初始值0x01,0x02,0x03,0x04
	{S3C2410_GPF0,  0x01},	//pin=S3C2410_GPF0,  key_val(按键值)=0x01
	{S3C2410_GPF2,  0x02},	//pin=S3C2410_GPF2,  key_val(按键值)=0x02
	{S3C2410_GPG3,  0x03},	//pin=S3C2410_GPF3,  key_val(按键值)=0x03
	{S3C2410_GPG11, 0x04},	//pin=S3C2410_GPF11, key_val(按键值)=0x04
};

static struct pin_desc *irq_pd;	//发生中断时的引脚描述

//static atomic_t canopen = ATOMIC_INIT(1);     //定义原子变量并初始化为1
static DECLARE_MUTEX(button_lock);	//定义互斥锁

/*
 * 确定按键值
 */
static irqreturn_t button_irq(int irq, void *dev_id)	//中断处理函数
{	
	//为了防抖动，修改定时器的超时时间10ms，超时时间就是闹钟什么时候到
	//超时时间基于jiffies
	//1秒就是HZ，HZ=100。说明1秒内，jiffies增加100
	//10ms后启动定时器
	irq_pd = (struct pin_desc *)dev_id;//把它记录下来
	mod_timer(&buttons_timer, jiffies+HZ/100);//HZ=1s,1s/100=10ms
	return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}


static int sixth_drv_open(struct inode *inode, struct file *file)
{
#if 0
	//自减。如果等于0，还没有打开它
	if(!atomic_dec_and_test(&canopen) != 0)
	{
		atomic_inc(&canopen);
		return -EBUSY;
	}
#endif	

	if (file->f_flags & O_NONBLOCK)//标记位获取，如果flags是O_NONBLOCK
	{
		//非阻塞
		if( down_trylock(&button_lock))//如果open打不开就返回错误，
		{
			//down_trylock获得信号量，返回0，否则返回非0值
			return -EBUSY;
		}
	}
	else
	{
		//阻塞
		/* 获取信号量 */
		down(&button_lock);//无法获取信号量，休眠
	}



	/* 配置GPF0,2为输入引脚 */
	/* 配置GPF3,11为输入引脚 */

	/* request_irq函数的第五个参数是void *,为无类型指针，可以指向任何数据类型 */
	request_irq(IRQ_EINT0,  button_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S2", &pins_desc[0]);
	request_irq(IRQ_EINT2,  button_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S3", &pins_desc[1]);
	request_irq(IRQ_EINT11, button_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S4", &pins_desc[2]);
	request_irq(IRQ_EINT19, button_irq, IRQT_BOTHEDGE, "S5", &pins_desc[3]);
	
	return 0;
}

ssize_t sixth_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *ppos)
{
	if	(size != 1)
		return -EINVAL;

	if( file->f_flags & O_NONBLOCK)//如果open打不开就返回错误，
	{
		//非阻塞
		if (!ev_press)
			return -EAGAIN;
	}
	else//阻塞
	{
		/* 如果没有按键动作，休眠，休眠：让出CPU */
		/* 休眠时，把进程挂在button_wq        队列里 */
		/* 如果休眠后被唤醒，就会从这里继续往下执行 */
		/* 一开始没有按键按下，ev_press = 0 */
		wait_event_interruptible(button_waitq, ev_press);//ev_press=0,休眠,让我们的测试程序休眠;ev_press!=0,直接往下运行
	}
	/* 如果有按键动作，返回键值 */
	copy_to_user(buf, &keyval, 1);	//把键值 拷回去
	ev_press = 0;	//清零，如果不清零,下次再读，立马往下执行，返回原来的值
	
	return 1;
}

int sixth_drv_close(struct inode *inode, struct file *file)
{
	//atomic_inc(&canopen);
	free_irq(IRQ_EINT0,  &pins_desc[0]);
	free_irq(IRQ_EINT2,  &pins_desc[1]);
	free_irq(IRQ_EINT11, &pins_desc[2]);
	free_irq(IRQ_EINT19, &pins_desc[3]);
	up(&button_lock);
	return 0;
}

static unsigned sixth_drv_poll(struct file *file, poll_table *wait)
{
	unsigned int mask = 0;
	//poll_wait会调用sys_poll的__pollwait函数
	poll_wait(file, &button_waitq, wait); //不会立即休眠，这只是让进程挂到队列里面去。
	//休眠是在"do_poll"中的"schedule_timeout()"
	//ev_press=0，休眠，ev_press=1，唤醒
	if (ev_press)	//如果当前有数据可以返回应用程序，否则mask=0
		mask |= POLLIN | POLLRDNORM;

	return mask;//如果返回0，do_poll的count++就不会执行，往下就会休眠schedule_timeout()
}

static int sixth_drv_fasync(int fd, struct file * filp, int on)	//设置信号发给谁
{
	//测试，是否应用程序调用fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC)会执行到这里去
	printk("driver: sixth_drv_fasync\n");
	//fasync_helper初始化或者释放button_async
	return fasync_helper(fd, filp, on, &button_async);	//初始化button_async结构体后，中断服务程序才能使用kill_fasync发信号
}

static struct file_operations sixth_drv_fops = {
    .owner   =  THIS_MODULE,    /* 这是一个宏，推向编译模块时自动创建的__this_module变量 */
    .open    =  sixth_drv_open,     
	.read	 =	sixth_drv_read,
	.release = 	sixth_drv_close,
	.poll    =  sixth_drv_poll,
	.fasync  =  sixth_drv_fasync,
};

int major;

void buttons_timer_function(unsigned long data)
{
	/* irq = IRQ_EINT0 …… */
	/* dev_id = 结构体struct pins_desc */

	struct pin_desc * pindesc = irq_pd;
	unsigned int pinval;

	if (!pinval)//如果按键值是空的，直接return
		return;

	/* 读取引脚PIN值 */
	pinval = s3c2410_gpio_getpin(pindesc->pin);

	/* 确定按键值,按下管脚低电平，松开管脚高电平 */
	if(pinval)
	{
		/* 松开 */				
		keyval = 0x80 | pindesc->key_val;	//规定的：0x8X
	}
	else
	{
		/* 按下 */
		keyval = pindesc->key_val;	//0x0X
	}

	/* 唤醒 */
	ev_press = 1;	/* 表示中断发生了 */
	wake_up_interruptible(&button_waitq);	/* 唤醒休眠的进程,去button_wq队列,把挂在队列下的进程唤醒 */	

	//发送信号SIGIO信号给fasync_struct结构体所描述的PID，触发应用程序的SIGIO信号处理函数
	kill_fasync(&button_async, SIGIO, POLL_IN); //有按键按下，就发出信号给应用程序(发给谁，是在button_async结构中定义的)
}

static int sixth_drv_init(void)
{
	//定时器timer初始化	
	init_timer(&buttons_timer);
	//设置处理函数
	buttons_timer.function = buttons_timer_function;//当定时器的超时时间到了之后，就会调用此函数buttons_timer_function
	//buttons_timer.expires=0;
	add_timer(&buttons_timer);//把定时器告诉内核/* jiffies>=0         */

	major = register_chrdev(0, "sixth_drv", &sixth_drv_fops);

	//创建一个类
	sixthdrv_class = class_create(THIS_MODULE, "firstdrv");

	//在这个类下面再创建一个设备
	//mdev是udev的一个简化版本
	//mdev应用程序，就会被内核调用，会根据类和类下面的设备这些信息
	sixthdrv_class_dev = class_device_create(sixthdrv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "buttons");/* /dev/buttons */

	//建立地址映射：物理地址->虚拟地址
	gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16);	//指向的是虚拟地址，第一个参数是物理开始地址，第二个是长度（字节）
	gpfdat = gpfcon + 1; //加1,实际加4个字节

	gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16);	//指向的是虚拟地址，第一个参数是物理开始地址，第二个是长度（字节）
	gpgdat = gpgcon + 1; //加1,实际加4个字节

	return 0;
}

static void sixth_drv_exit(void)
{
	unregister_chrdev(major, "sixth_drv");
	
	class_device_unregister(sixthdrv_class_dev);
	class_destroy(sixthdrv_class);

	iounmap(gpfcon);
	iounmap(gpgcon);
	
	return 0;
}


module_init(sixth_drv_init);
module_exit(sixth_drv_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

 

测试应用程序：buttons_test.c

 

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <stdio.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>	//信号处理需要这个头文件
#include <sys/types.h>
#include <unistd.h>
#include <fcntl.h>


/* sixthdrvtest
 */
int fd;

//信号处理函数会在驱动中断服务程序里，如果有按键按下，通过kill_fasync发送信号
void my_signal_fun(int signum)
{
	unsigned char key_val;
	read(fd, &key_val, 1);	//读取按键值，这就是为什么把fd作为全局变量的原因
	printf("key_val:0x%x\n", key_val);
}

int main(int argc, char **argv)
{
	unsigned char key_val;
	int ret;
	int Oflags;

	//做什么事情，需要一个信号处理函数
	//在应用程序中捕捉SIGIO信号(由驱动程序发送)，接受到SIGIO信号时，执行my_signal_fun函数
	//signal(SIGIO, my_signal_fun);	//SIGIO：表示IO口有数据让你读和写

	fd = open("/dev/buttons", O_RDWR);
	if (fd < 0)
	{
		printf("can't open!\n");
		return -1;
	}

	//把进程ID号告诉给驱动程序，否则驱动不知道发给谁
	//fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());	// 告诉内核，发给谁

	//获取fd的打开方式
	//Oflags = fcntl(fd, F_GETFL);//通过F_GETFL读出flags，在flags上置上"FASYNC"位

	//支持F_SETFL命令的处理，每当FASYNC标志改变时， ※※驱动程序中的fasync()函数将得以执行
	//将fd的打开方式设置为FASYNC---即 支持异步通知
	//该行代码执行会触发 驱动程序中 file_operation->fasync函数 ---函数
	//调用fasync_helper初始化一个fasync_struct结构体，该结构体描述了将要发送信号的进程PID(fasync_struct->fa_file->f_fowner->p_id)
	//fcntl(fd, F_SETFL, Oflags | FASYNC);  // 改变fasync标记，最终会调用到驱动的fasync > fasync_helper：初始化/释放fasync_struct

	/* 主函数只用sleep，所有工作在"信号处理函数"中实现 */
 	while (1)
	{	
		ret = read(fd, &key_val, 1);	//读取按键值，这就是为什么把fd作为全局变量的原因
		printf("key_val:0x%x, ret = %d\n", key_val, ret);
		//sleep(5);
 	}
	
	return 0;
}

 

Makefile文件

KERN_DIR = /work/system/linux-2.6.22.6

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

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

obj-m	+= buttons.o