基于嵌入式Linux的鍵盤(pán)驅動(dòng)設計
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4 鍵盤(pán)驅動(dòng)程序的實(shí)現
4．1 宏定義module init和module exit
通過(guò)宏定義module init和module exit可以看出，驅動(dòng)程序的入口從kd_ctrl_init()開(kāi)始。當內核模塊加載的時(shí)候，默認調用module_ jnit(kd_ctrl_init)，在kd_ctrl_init()中將完成一些初始化工作，主要如下：
(1)把GPIO口的起始虛擬地址映射到GPIO_BASE_PHY(0x1000b000)，數據長(cháng)度為0x400：
GPIO_BASE=(int)ioremap(GPIO_BASE_PHY，0x400)；
(2)利用request_irq函數將外設的中斷服務(wù)例程掛載到外部中斷處理程序中。本系統中利用request_irq函數分別為4個(gè)列GPIO口申請中斷資源，分別占用了中斷號1、2、3、4。其中i是中斷號；kd_ctrl_irq是UCB1400的中斷處理程序，kd_ctrl代表鍵盤(pán)設備名，MAGIC_DEVID是申請時(shí)告訴系統設備標志，用于共享中斷線(xiàn)。返回值為0表示申請成功。
(3)通過(guò)函數misc_register注冊一個(gè)鍵盤(pán)設備，并分配主設備號和從設備號，初始化一個(gè)環(huán)形隊列以及定義一個(gè)鍵盤(pán)控制的數據結構。其中包括鍵值、鍵的狀態(tài)和長(cháng)按標志。應用程序對設備驅動(dòng)的調用實(shí)際是對相應設備文件進(jìn)行操作，利用mknod命令將此節點(diǎn)與對應設備建立聯(lián)系。
(4)通過(guò)init_waitqueue_head(sats．read_wait)初始化讀信號量。
4．2 打開(kāi)鍵盤(pán)設備
應用程序打開(kāi)設備文件時(shí)，會(huì )調用驅動(dòng)中的OPEN函數，此函數會(huì )對鍵盤(pán)所用到的行列GPIO口進(jìn)行配置。打開(kāi)的設備在內核中通過(guò)file 結構進(jìn)行標識，內核使用fileopreation，通過(guò)上面的結構中設備文件操作結構的映射，來(lái)調用驅動(dòng)中的kd_ctrl_open。接下來(lái)要做的是：
(1)通過(guò)sema_init(kdc->irq_wait，0)初始化在后面用來(lái)喚醒后臺線(xiàn)程的信號量。
(2)調用初始化函數init_pxa_kdc()來(lái)初始化GPIO口，具體是把“行”的GPIO口設為輸出模式并設定值為O，把“列”GPIO口設為中斷模式，下降沿有效。如下所示：
(3)以嚴格的串行方式執行任務(wù)的效率并不高，如果把它們放在后臺調度，不管是對它們的函數還是對終端用戶(hù)進(jìn)程都能得到較好的響應。所以初始化GPIO口后，開(kāi)啟一個(gè)內核線(xiàn)程kd_ctrl_thread專(zhuān)門(mén)用于處理鍵盤(pán)事件，其實(shí)也就是向系統申請了軟硬件資源。為了確保在該線(xiàn)程創(chuàng )建完成，使用 completion，在Linux內核中，completion是一種簡(jiǎn)單的同步機制，利用completion機制可以使兩個(gè)任務(wù)同步。我們利
用init_completion(kdc->init_exit)動(dòng)態(tài)初始化一個(gè)線(xiàn)程創(chuàng )建信號量init_exit，以及用 wait_for_completion(kdc->init_exit)來(lái)等待進(jìn)程創(chuàng )建完成，然后在進(jìn)程創(chuàng )建結束后通過(guò) complete(kdc->init_exit)確定事件已經(jīng)完成即后臺線(xiàn)程創(chuàng )建成功，繼續執行函數wait_for_comp- letion之后的任務(wù)。通過(guò)ret=kernel_thread(kd_ctrl_thread，kdc，CLONE_FS|CLONE_FILES) 創(chuàng )建后臺線(xiàn)程。
4．3 等待鍵盤(pán)事件
后臺線(xiàn)程一旦創(chuàng )建和初始化完成，就會(huì )進(jìn)入一個(gè)無(wú)條件的for循環(huán)，通過(guò) set_task_state(tsk，TASK_INTERRUPTIBLE)將此線(xiàn)程推入可中斷睡眠的隊列，調用schedule timeout(Hz／100)來(lái)實(shí)現15毫秒的進(jìn)程掛起。此時(shí)讓出CPU，直到中斷事件來(lái)臨或睡眠超過(guò)規定時(shí)間后再重新執行。線(xiàn)程一旦被喚醒即按照順序先利用set_kdc_gpio(KDC_COL_PINS，1，PINS_MODE_ENABLEINTERRUPT，0)使所有列GPIO口中斷，接著(zhù)調用down_interruptible(kdc->irq_wait)：該函數的作用是獲得信號量irq_wait，把 irq_wait的值減掉1，如果信號量irq_wait的值非負，就直接返回，如果獲取失敗鍵盤(pán)線(xiàn)程將以TASK_INTERRUPTIBLE狀態(tài)進(jìn)入可中斷睡眠，直到下次鍵盤(pán)事件利用信號量irq_wait喚醒此線(xiàn)程才能繼續運行。因此，驅動(dòng)程序在沒(méi)有按鍵按下時(shí)將阻塞自己的執行，不消耗任何的CPU 資源。
4．4 鍵盤(pán)事件發(fā)生
一旦有按鍵事件發(fā)生也就是產(chǎn)生一個(gè)中斷，則進(jìn)入中斷處理程序kd_ctrl_irq()，在這個(gè)函數中所做的工作如圖2。
喚醒后臺線(xiàn)程后，把列GPIO口中斷禁止，隨即調用kd_ctrl_event()進(jìn)行處理鍵盤(pán)事件。其中又調用pxa_kdc_scan()進(jìn)行鍵值的掃描：設定4×4小鍵盤(pán)的所有行GPIO口為輸出狀態(tài)，并設定它的值為1，而所有列GPIO口作為輸入狀態(tài)，然后采用逐行掃描的方法，依次去讀取四根列 GPIO口狀態(tài)，如果某列GPIO口電平為低，就表示此行此列有鍵按下，根據行號和列號從對應的二維數組(也就是鍵值映射表)中找到該鍵的鍵值。具體實(shí)現方法為：先設第一行(GPIO7)為0，掃描列的值(GPIO3、GPIO2、GPIO1、GPIO0)，如果其中一個(gè)列的值為O，比如GPIO3，則按下的鍵是Key_5。掃描完列后，把第一行設為1。第二行設為0，再次掃描所有列的值。掃描結束后，設定所有行(GPIO7、GPIO6、GPIO5、 GPIO4)的值為0，并且再次恢復所有列為中斷方式，設定下降沿有效。最后返回的是代表按鍵是否按下的參數pressure值。得到此值以后，調用 sta-tic inline void kd_ctrl_evt_add(struct kd_ctrl*kdc，u8 pressure，u8 keyvalue)函數把所得值保存在對應的結構中，并將其添加到事件隊列中，最后調用 wake_up_interruptible(kdc->read_wait)利用信號量read_wait通知read程序到緩沖區讀取新數據。
4．5 應用程序讀取鍵盤(pán)數據
由于用戶(hù)程序需要不斷輪詢(xún)設備，以查詢(xún)是否有數據讀取，如果程序不處于休眠狀態(tài)，則將會(huì )占用很多CPU的資源。因此當沒(méi)有觸摸數據時(shí)，就阻塞此任務(wù)。此時(shí)用戶(hù)空間則需要和內核同步，代碼會(huì )需要睡眠，使用信號量是唯一的選擇，并且它適用于鎖會(huì )被長(cháng)時(shí)間持有的情況。如果有一個(gè)任務(wù)試圖獲得一個(gè)已經(jīng)被占用的信號量時(shí)，信號量會(huì )先將其中推進(jìn)一個(gè)等待隊列，然后讓其睡眠。這時(shí)CPU能重獲自由，從而可以執行其他代碼。當持有信號量的進(jìn)程將信號量釋放時(shí)，處于等待隊列中的那個(gè)任務(wù)將會(huì )被喚醒，并獲得該信號量。
等待隊列是由等待某些事件發(fā)生的進(jìn)程組成的簡(jiǎn)單鏈表。內核用wake_queue_head_t來(lái)表示等待隊列。等待隊列可通過(guò) DECLARE_WAITQUE-UE()靜態(tài)創(chuàng )建。一旦上層用戶(hù)程序進(jìn)行讀操作，系統調用將通過(guò)kd_ctrl_read()函數來(lái)實(shí)現。
4．6 模塊卸載
當內核需要卸載本驅動(dòng)程序時(shí)，最后會(huì )從本函數退出。此時(shí)通過(guò)module_init(kd_ctrl_init)函數需要將在驅動(dòng)程序運行期間申請的系統資源全部釋放掉，可以防止資源浪費。
5 結束語(yǔ)
本文介紹的嵌入式Linux的一種矩陣小鍵盤(pán)，成功實(shí)現了多鍵齊按和重復按鍵的功能，已經(jīng)用于手持嵌入式設備中，實(shí)驗證明性能穩定可靠。
本文引用地址：http://dyxdggzs.com/article/151165.htm linux操作系統文章專(zhuān)題:linux操作系統詳解（linux不再難懂）
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