在前几章我们都是使用的GPIO输出功能，还没有用过GPIO输入功能，本章我们就来学
习一下如果在Linux下编写GPIO输入驱动程序。I.MX6U-ALPHA开发板上有一个按键，我们
就使用此按键来完成GPIO输入驱动程序，同时利用第四十七章讲的原子操作来对按键值进行
保护。
1 Linux下按键驱动原理
按键驱动和 LED驱动原理上来讲基本都是一样的，都是操作GPIO，只不过一个是读取
GPIO的高低电平，一个是从GPIO输出高低电平。本章我们实现按键输入，在驱动程序中使用
一个整形变量来表示按键值，应用程序通过read函数来读取按键值，判断按键有没有按下。在
这里，这个保存按键值的变量就是个共享资源，驱动程序要向其写入按键值，应用程序要读取
按键值。所以我们要对其进行保护，对于整形变量而言我们首选的就是原子操作，使用原子操
作对变量进行赋值以及读取。Linux下的按键驱动原理很简单，接下来开始编写驱动。
注意，本章例程只是为了演示Linux下GPIO输入驱动的编写，实际中的按键驱动并不会
采用本章中所讲解的方法，Linux下的input子系统专门用于输入设备！
2.实验程序编写
2.1 修改设备树文件
1、添加pinctrl节点
I.MX6U-ALPHA开发板上的KEY使用了UART1_CTS_B这个PIN，打开imx6ull-alientek-
emmc.dts，在iomuxc节点的imx6ul-evk子节点下创建一个名为"pinctrl_key"的子节点，节点
内容如下所示：
cpp
pinctrl_key: keygrp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_UART1_CTS_B__GPIO1_IO18 0xF080 /* KEY0 */
>;
}; 2、添加KEY设备节点
cpp
key {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "atkalpha-key";
pinctrl-names = "default"; //可以有多个，这里只有一个
pinctrl-0 = <&pinctrl_key>; //同上，有两个写为pinctrl-1
key-gpio = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>; /* KEY0 */
status = "okay";
}; 3、检查PIN是否被其他外设使用
在本章实验中蜂鸣器使用的PIN为UART1_CTS_B，因此先检查PIN为UART1_CTS_B这
个PIN有没有被其他的pinctrl节点使用，如果有使用的话就要屏蔽掉，然后再检查GPIO1_IO18
这个GPIO有没有被其他外设使用，如果有的话也要屏蔽掉。
设备树编写完成以后使用"make dtbs"命令重新编译设备树，然后使用新编译出来的
imx6ull-alientek-emmc.dtb文件启动Linux系统。启动成功以后进入"/proc/device-tree"目录中
查看"key"节点是否存在，如果存在的话就说明设备树基本修改成功(具体还要驱动验证)，结
果如图:
2.2 按键驱动程序编写
设备树准备好以后就可以编写驱动程序了，新建名为"11_key"的文件夹，然后在11_key
文件夹里面创建vscode工程，工作区命名为"key"。工程创建好以后新建key.c文件，在key.c
里面输入如下内容：
cpp
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : key.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : Linux按键输入驱动实验
其他 : 无
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/7/18 左忠凯创建
***************************************************************/
#define KEY_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define KEY_NAME "key" /* 名字 */
/* 定义按键值 */
#define KEY0VALUE 0XF0 /* 按键值 */
#define INVAKEY 0X00 /* 无效的按键值 */
/* key设备结构体 */
struct key_dev {
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
int major; /* 主设备号 */
int minor; /* 次设备号 */
struct device_node *nd; /* 设备节点 */
int key_gpio; /* key所使用的GPIO编号 */
atomic_t keyvalue; /* 按键值 */
};
struct key_dev keydev; /* key设备 */
/*
* @description : 初始化按键IO，open函数打开驱动的时候
* 初始化按键所使用的GPIO引脚。
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int keyio_init(void)
{
keydev.nd = of_find_node_by_path("/key");
if (keydev.nd == NULL) {
return -EINVAL;
}
keydev.key_gpio = of_get_named_gpio(keydev.nd, "key-gpio", 0);
if (keydev.key_gpio < 0) {
printk("can't get key0\r\n");
return -EINVAL;
}
printk("key_gpio=%d\r\n", keydev.key_gpio);
/* 初始化key所使用的IO */
gpio_request(keydev.key_gpio, "key0"); /* 请求IO */
gpio_direction_input(keydev.key_gpio); /* 设置为输入 */
return 0;
}
/*
* @description : 打开设备
* @param -- inode : 传递给驱动的inode
* @param - filp : 设备文件，file结构体有个叫做private_data的成员变量
* 一般在open的时候将private_data指向设备结构体。
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
static int key_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
int ret = 0;
filp->private_data = &keydev; /* 设置私有数据 */
ret = keyio_init(); /* 初始化按键IO */
if (ret < 0) {
return ret;
}
return 0;
}
/*
* @description : 从设备读取数据
* @param - filp : 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param - buf : 返回给用户空间的数据缓冲区
* @param - cnt : 要读取的数据长度
* @param - offt : 相对于文件首地址的偏移
* @return : 读取的字节数，如果为负值，表示读取失败
*/
static ssize_t key_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t cnt, loff_t *offt)
{
int ret = 0;
unsigned char value;
struct key_dev *dev = filp->private_data;
if (gpio_get_value(dev->key_gpio) == 0) { /* key0按下 */
while(!gpio_get_value(dev->key_gpio)); /* 等待按键释放 */
atomic_set(&dev->keyvalue, KEY0VALUE);
} else { /* 无效的按键值 */
atomic_set(&dev->keyvalue, INVAKEY);
}
value = atomic_read(&dev->keyvalue); /* 保存按键值 */
ret = copy_to_user(buf, &value, sizeof(value));
return ret;
}
/* 设备操作函数 */
static struct file_operations key_fops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = key_open,
.read = key_read,
};
/*
* @description : 驱动入口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init mykey_init(void)
{
/* 初始化原子变量 */
atomic_set(&keydev.keyvalue, INVAKEY);
/* 注册字符设备驱动 */
/* 1、创建设备号 */
if (keydev.major) { /* 定义了设备号 */
keydev.devid = MKDEV(keydev.major, 0);
register_chrdev_region(keydev.devid, KEY_CNT, KEY_NAME);
} else { /* 没有定义设备号 */
alloc_chrdev_region(&keydev.devid, 0, KEY_CNT, KEY_NAME);
keydev.major = MAJOR(keydev.devid); /* 获取分配号的主设备号 */
keydev.minor = MINOR(keydev.devid); /* 获取分配号的次设备号 */
}
/* 2、初始化cdev */
keydev.cdev.owner = THIS_MODULE;
cdev_init(&keydev.cdev, &key_fops);
/* 3、添加一个cdev */
cdev_add(&keydev.cdev, keydev.devid, KEY_CNT);
/* 4、创建类 */
keydev.class = class_create(THIS_MODULE, KEY_NAME);
if (IS_ERR(keydev.class)) {
return PTR_ERR(keydev.class);
}
/* 5、创建设备 */
keydev.device = device_create(keydev.class, NULL, keydev.devid, NULL, KEY_NAME);
if (IS_ERR(keydev.device)) {
return PTR_ERR(keydev.device);
}
return 0;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static void __exit mykey_exit(void)
{
/* 注销字符设备驱动 */
cdev_del(&keydev.cdev); /* 删除cdev */
unregister_chrdev_region(keydev.devid, KEY_CNT); /* 注销设备号 */
device_destroy(keydev.class, keydev.devid);
class_destroy(keydev.class);
}
module_init(mykey_init);
module_exit(mykey_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zuozhongkai");第36~46行，结构体key_dev为按键的设备结构体，第45行的原子变量keyvalue用于记
录按键值。
第56~74行，函数keyio_init用于初始化按键，从设备树中获取按键的gpio信息，然后设
置为输入。将按键的初始化代码提取出来，将其作为独立的一个函数有利于提高程序的模块化
设计。
第83~94行，key_open函数通过调用keyio_init函数来始化按键所使用的IO，应用程序
每次打开按键驱动文件的时候都会初始化一次按键IO。
第104~120行，key_read函数，应用程序通过read函数读取按键值的时候此函数就会执
行。第110行读取按键IO的电平，如果为0的话就表示按键按下了，如果按键按下的话第
111行就等待按键释放。按键释放以后标记按键值为
第135~171 行，驱动入口函数，第138行调用atomic_set函数初始化原子变量默认为无效
值。
第178~186行，驱动出口函数。
key.c文件代码很简单，重点就是key_read函数读取按键值，要对keyvalue进行保护。
2.3 编写测试APP
cpp
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
/***************************************************************
Copyright © ALIENTEK Co., Ltd. 1998-2029. All rights reserved.
文件名 : keyApp.c
作者 : 左忠凯
版本 : V1.0
描述 : 按键输入测试应用程序
其他 : 无
使用方法 ：./keyApp /dev/key
论坛 : www.openedv.com
日志 : 初版V1.0 2019/1/30 左忠凯创建
***************************************************************/
/* 定义按键值 */
#define KEY0VALUE 0XF0
#define INVAKEY 0X00
/*
* @description : main主程序
* @param - argc : argv数组元素个数
* @param - argv : 具体参数
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd, ret;
char *filename;
unsigned char keyvalue;
if(argc != 2){
printf("Error Usage!\r\n");
return -1;
}
filename = argv[1];
/* 打开key驱动 */
fd = open(filename, O_RDWR);
if(fd < 0){
printf("file %s open failed!\r\n", argv[1]);
return -1;
}
/* 循环读取按键值数据！ */
while(1) {
read(fd, &keyvalue, sizeof(keyvalue));
if (keyvalue == KEY0VALUE) { /* KEY0 */
printf("KEY0 Press, value = %#X\r\n", keyvalue);/* 按下 */
}
}
ret= close(fd); /* 关闭文件 */
if(ret < 0){
printf("file %s close failed!\r\n", argv[1]);
return -1;
}
return 0;
}驱动加载成功以后如下命令来测试：
./keyApp /dev/key
输入上述命令以后终端显示如图所示：
按下开发板上的KEY0按键，keyApp就会获取并且输出按键信息，如图所示：
从图可以看出，当我们按下KEY0以后就会打印出"KEY0 Press, value = 0XF0"，
表示按键按下。但是大家可能会发现，有时候按下一次KEY0但是会输出好几行"KEY0 Press,
value = 0XF0"，这是因为我们的代码没有做按键消抖处理。