学习目的：
- 使用中断方式改写查询方式按键驱动程序
上一篇实现了查询方式的按键驱动程序，编写测试程序测试后发现，虽然应用程序可以通过系统调用使用驱动程序获取按键状态，但应用程序占CPU的资源极高。这一篇在编写按键驱动程序中引入中断方式，优化查询方式实现的按键驱动程序。
核心思想：驱动程序中的button_drv_read函数内部加入休眠操作，当应用程序调用read函数去读取按键值时，此时如果按键无按下或松开动作，该进程被加以休眠队列。当按键按下触发相应中断服务程序，此时唤醒休眠的应用程序，在休眠地方继续运行读取按键值，并返回给应用程序。
程序编写步骤（以查询方式按键驱动程序为模板进行修改）：
1）修改button_drv_open函数，在其中加入注册按键的中断服务函数
2）编写中断服务函数，在中断服务函数中唤醒加入休眠队列的用户进程
3）修改button_drv_read函数，判断按键是否有有效动作，若无有效动作将用户进程加入休眠队列中
4）修改button_drc_exit函数，卸载驱动程序时，卸载按键中断服务函数设置
1、硬件连接
| 按键名称 | Altium Designer绘制电路图表示网络 | 连接芯片引脚 | 对应芯片外部中断号 |
| S2 | EINT0 | GPF0 | EINT0 |
| S3 | EINT2 | GPF2 | EINT2 |
| S4 | EINT11 | GPG3 | EINT11 |
| S5 | EINT19 | GPG11 | EINT19 |
如上表所示，S2、S3、S4、S5按键分别连接到2440的GPF0、GPF2、GPG3、GPG11引脚，对应控制器的外部中断0、外部中断2、外部中断11、外部中断19。当使能控制器外部中断0、2、11、19，设置外部中断的触发方式，满足触发条件时，CPU将进入中断模式。得益于这样硬件设计机制，才能保证可以通过中断方式编写驱动程序。
2、中断注册和卸载函数
2.1 中断注册函数
int request_irq(unsigned int irq, irq_handler_t handler, unsigned long irqflags, const char * devname, void *dev_id)
request_irq函数是内核中提供的中断注册函数，函数的各参数解释如下：
irq：中断号，控制器相关联的，内核支持的硬件平台的中断号一般在include/asm-xxx/arch-xxx目录的irq.h文件中定义。以s3c2410为例，存放路径内核源码树includeasm-armarch-s3c2410irq.h文件
handler：中断服务函数，irq对应中断发生时，调用中断服务函数
irqflags：中断处理的属性
devname：设置中断名称，通常是设备驱动程序的名称 在cat /proc/interrupts中可以看到此名称
dev_id: 一般设置为NULL，也可以指定指向特殊数据类型，该参数会传递给中断服务函数
2.2 中断卸载函数
void free_irq(unsigned int irq, void *dev_id)
free_irq函数作用与request_irq功能相反，该函数是内核中提供的卸载中断服务的函数，各参数解释如下：
irq：要卸载中断号
dev_id：同request中的dev_id相同
3、驱动程序实现
3.1 button_drv_open函数
static int button_drv_open(struct inode *inode, struct file *file) { int i; *gpfcon &= ~((0x3<<(0*2)) | (0x3<<(2*2))); *gpgcon &= ~((0x3<<(3*2)) | (0x3<<(11*2))); /* 注册中断处理函数 */ for(i = 0; i < BUTTON_NUMS; i++) request_irq(btn_desc[i].irq_type, button_irq_handle, btn_desc[i].flags, btn_desc[i].name, &btn_desc[i]); return 0; }
button_drv_open函数，配置2440连接按键的引脚为输入模式，调用request_irq注册了按键引脚的外部中断，设置以双边沿触发方式触发中断
btn_desc为struct button_desc类型结构体数组，struct button_desc结构体数据类型描述如下：
struct button_desc { int pin; int irq_type; unsigned long flags; char *name; int key_val; };
pin：连接按键相关2440引脚
irq_type：中断编号
flags：中断处理的属性
name：中断名称
key_val：用以描述此按键的值
3.2 button_irq_handle中断服务函数
button_irq_handle为中断服务程序，其源码如下：
static irqreturn_t button_irq_handle(int irq, void *dev_id) { struct button_desc *pdesc = NULL; unsigned char pin_val; pdesc = (struct button_desc *)dev_id; pin_val = gpio_get_value(pdesc->pin); if(pin_val == 1) { key_status = pdesc->key_val | 0x80; } else { key_status = pdesc->key_val; } event_trig = 1; wake_up_interruptible(&button_waitq); return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED); }
按键按下时，触发外部中断，此时相应的中断服务函数会被调用。中断服务函数中根据传入参数获取当前触发中断的外部引脚信息，并读取该引脚状态。通过调用wake_up_interruptible函数唤醒button_waitq队列中休眠等待有效数据读取的用户进程，并将event_trig变量设置为1。
gpio_get_val函数根据传入引脚，返回当前引脚的状态，1：按键松开，0：按键按下
key_status: S2 S3 S3 S4
键值：按下 0x01 0x02 0x03 0x04
键值：松开 0x81 0x82 0x83 0x84
3.3 button_drv_read函数
static ssize_t button_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { if(count != 1) return EINVAL; wait_event_interruptible(button_waitq, event_trig); if(copy_to_user(buf, &key_status, count)) return EFAULT; event_trig = 0; return 0; }
应用程序调用read函数时被调用，event_trig为1，表示按键有有效值可读取，此时直接拷贝描述按键状态变量key_status值给用户程序；event_trig为0，表示按键无有效值可读，此时调用read函数读取按键信息的进程被加入到button_waitq为头部队列中进行休眠。当按键按下触发中断，中断服务函数中将该休眠的进程唤醒，并将event_trig置为1，完成后续读操作。
3.3 button_drv_close函数
static int button_drv_close(struct inode *inode, struct file *file) { int i; for(i = 0; i < BUTTON_NUMS; i++) free_irq(btn_desc[i].irq_type, &btn_desc[i]); return 0; }
在不使用时，调用free_irq注销中断服务程序，释放相关资源
4、编写驱动测试程序
int main(int argc, char **argv) { int fd, ret; unsigned char key_buf; fd = open("/dev/button", O_RDWR); if(fd == -1) { printf("can't open... "); exit(EXIT_FAILURE); } while(1) { ret = read(fd, &key_buf, 1); if(ret < 0) { printf("read err... "); continue; } /* 判断有按键按下，打印按键信息 */ printf("key_val=0x%x ", key_buf); } exit(EXIT_SUCCESS); }
读取按键状态信息，并在串口终端打印读取的状态
5、测试结果
驱动中设置外部中断触发方式为双边沿触发，按键按下松开时都能够触发中断服务程序
第一次按下S3按键，读取值时0x3，松开时读取值0x83
第一次按下S2按键，读取值时0x2，松开时读取值0x82
第一次按下S1按键，读取值时0x1，松开时读取值0x81
读取按键，当无有效按键值可读时，测试进程一般处于休眠状态，占用CPU资源率基本为0，改善了上一篇中查询方式占CPU资源多的缺点
完整驱动程序代码
#include <linux/module.h> #include <linux/kernel.h> #include <linux/fs.h> #include <linux/init.h> #include <linux/delay.h> #include <linux/irq.h> #include <asm/uaccess.h> #include <asm/irq.h> #include <asm/io.h> #include <plat/gpio-fns.h> #include <mach/gpio-nrs.h> #include <linux/interrupt.h> #include <linux/wait.h> #include <linux/sched.h> #include <linux/device.h> #include <linux/gpio.h> #define BUTTON_NUMS 4 #define IRQT_BOTHEDGE IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING static int major; static int event_trig = 0; static unsigned char key_status; static volatile unsigned long *gpfcon = NULL; static volatile unsigned long *gpgcon = NULL; static volatile unsigned long *gpfdat = NULL; static volatile unsigned long *gpgdat = NULL; static struct class *button_drv_class; static struct class_device *button_drv_class_dev; static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(button_waitq); struct button_desc { int pin; int irq_type; unsigned long flags; char *name; int key_val; }; static struct button_desc btn_desc[BUTTON_NUMS] = { {S3C2410_GPF(0), IRQ_EINT0, IRQT_BOTHEDGE, "S2", 1}, {S3C2410_GPF(2), IRQ_EINT2, IRQT_BOTHEDGE, "S3", 2}, {S3C2410_GPG(3), IRQ_EINT11, IRQT_BOTHEDGE, "S4", 3}, {S3C2410_GPG(11), IRQ_EINT19, IRQT_BOTHEDGE, "S5", 4}, }; static int button_drv_open(struct inode *inode, struct file *file); static ssize_t button_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos); static ssize_t button_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos); static int button_drv_close(struct inode *inode, struct file *file); struct file_operations button_drv_fileop = { .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 = button_drv_open, .read = button_drv_read, .write = button_drv_write, .release = button_drv_close, }; static irqreturn_t button_irq_handle(int irq, void *dev_id) { struct button_desc *pdesc = NULL; unsigned char pin_val; pdesc = (struct button_desc *)dev_id; pin_val = gpio_get_value(pdesc->pin); if(pin_val == 1) { key_status = pdesc->key_val | 0x80; } else { key_status = pdesc->key_val; } event_trig = 1; wake_up_interruptible(&button_waitq); return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED); } static int button_drv_open(struct inode *inode, struct file *file) { int i; *gpfcon &= ~((0x3<<(0*2)) | (0x3<<(2*2))); *gpgcon &= ~((0x3<<(3*2)) | (0x3<<(11*2))); /* 注册中断处理函数 */ for(i = 0; i < BUTTON_NUMS; i++) request_irq(btn_desc[i].irq_type, button_irq_handle, btn_desc[i].flags, btn_desc[i].name, &btn_desc[i]); return 0; } static ssize_t button_drv_read(struct file *file, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { if(count != 1) return EINVAL; wait_event_interruptible(button_waitq, event_trig); if(copy_to_user(buf, &key_status, count)) return EFAULT; event_trig = 0; return 0; } static ssize_t button_drv_write(struct file *file, const char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) { printk("button_drv_write "); return 0; } static int button_drv_close(struct inode *inode, struct file *file) { int i; for(i = 0; i < BUTTON_NUMS; i++) free_irq(btn_desc[i].irq_type, &btn_desc[i]); return 0; } static int button_drv_init(void) { major = register_chrdev(0, "button_light", &button_drv_fileop); button_drv_class = class_create(THIS_MODULE, "button_drv"); //button_drv_class_dev = class_device_create(button_drv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "button"); /* /dev/button */ button_drv_class_dev = device_create(button_drv_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "button"); /* /dev/button */ gpfcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000050, 16); gpgcon = (volatile unsigned long *)ioremap(0x56000060, 16); gpfdat = gpfcon + 1; gpgdat = gpgcon + 1; return 0; } static void button_drv_exit(void) { unregister_chrdev(major, "button_drv"); //class_device_unregister(button_drv_class_dev); device_unregister(button_drv_class_dev); class_destroy(button_drv_class); iounmap(gpfcon); iounmap(gpgcon); } module_init(button_drv_init); module_exit(button_drv_exit); MODULE_LICENSE("GPL");
完整测试程序代码
#include <unistd.h> #include <sys/types.h> #include <sys/stat.h> #include <sys/fcntl.h> #include <stdlib.h> #include <stdio.h> int main(int argc, char **argv) { int fd, ret; unsigned char key_buf; fd = open("/dev/button", O_RDWR); if(fd == -1) { printf("can't open... "); exit(EXIT_FAILURE); } while(1) { ret = read(fd, &key_buf, 1); if(ret < 0) { printf("read err... "); continue; } /* 判断有按键按下，打印按键信息 */ printf("key_val=0x%x ", key_buf); } exit(EXIT_SUCCESS); }