「正点原子Linux连载」第十五章按键输入试验

2）摘自《正点原子I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南》
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第十五章按键输入试验
       前面几章试验都是讲解如何使用I.MX6U的GPIO输出控制功能，I.MX6U的IO不仅能作为输出，而且也可以作为输入。I.MX6U-ALPHA开发板上有一个按键，按键连接了一个IO，将这个IO配置为输入功能，读取这个IO的值即可获取按键的状态(按下或松开)。本章通过这个按键来控制蜂鸣器的开关，通过本章的学习你将掌握如何将I.MX6UL的IO作为输入来使用。
15.1按键输入简介       按键就两个状态：按下或弹起，将按键连接到一个IO上，通过读取这个IO的值就知道按键是按下的还是弹起的。至于按键按下的时候是高电平还是低电平要根据实际电路来判断。前面几章我们都是讲解I.MX6U的GPIO作为输出使用，当GPIO连接按键的时候就要做为输入使用。关于I.MX6U的GPIO已经在第八章详细的讲解了，本章我们的主要工作就是配置按键所连接的IO为输入功能，然后读取这个IO的值来判断按键是否按下。
       I.MX6U-ALPHA开发板上有一个按键KEY0，本章我们将会编写代码通过这个KEY0按键来控制开发板上的蜂鸣器，按一下KEY0蜂鸣器打开，再按一下蜂鸣器就关闭。
15.2 硬件原理分析       本试验我们用到的硬件有：
       1） LED灯LED0。
       2）蜂鸣器。
       3）1个按键KEY0。
       按键KEY0的原理图如图15.2.1所示：

图15.2.1 按键原理图
       从图15.2.1可以看出，按键KEY0是连接到I.MX6U的UART1_CTS这个IO上的，KEY0接了一个10K的上拉电阻，因此KEY0没有按下的时候UART1_CTS应该是高电平，当KEY0按下以后UART1_CTS就是低电平。
15.3实验程序编写本实验对应的例程路径为：开发板光盘-> 1、裸机例程->7_key。
       本试验在上一章试验例程的基础上完成，重新创建VSCode工程，工作区名字为“key”，在工程目录的bsp文件夹中创建名为“key”和“gpio”两个文件夹。按键相关的驱动文件都放到“key”文件夹中，本章试验我们对GPIO的操作编写一个函数集合，也就是编写一个GPIO驱动文件，GPIO的驱动文件放到“gpio”文件夹里面。
       新建bsp_gpio.c和bsp_gpio.h这两个文件，将这两个文件都保存到刚刚创建的bsp/gpio文件夹里面，然后在bsp_gpio.h文件夹里面输入如下内容：
示例代码15.3.1 bsp_gpio.h文件代码
1  #ifndef _BSP_GPIO_H
2  #define _BSP_GPIO_H
3  #define _BSP_KEY_H
4  #include "imx6ul.h"
5/***************************************************************
6  Copyright © zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.
7文件名 : bsp_gpio.h
8作者      : 左忠凯
9版本      : V1.0
10描述      : GPIO操作文件头文件。
11其他      : 无
12论坛      : www.openedv.com
13日志      : 初版V1.0 2019/1/4 左忠凯创建
14 ***************************************************************/
15
16/* 枚举类型和结构体定义 */
17typedefenum _gpio_pin_direction
18{
19     kGPIO_DigitalInput =0U,/* 输入 */
20     kGPIO_DigitalOutput =1U,/* 输出 */
21} gpio_pin_direction_t;
22
23/* GPIO配置结构体 */
24typedefstruct _gpio_pin_config
25{
26     gpio_pin_direction_t direction;/* GPIO方向:输入还是输出     */
27uint8_t outputLogic;   /* 如果是输出的话，默认输出电平  */
28} gpio_pin_config_t;
29
30
31/* 函数声明 */
32void gpio_init(GPIO_Type *base,int pin, gpio_pin_config_t *config);
33int gpio_pinread(GPIO_Type *base,int pin);
34void gpio_pinwrite(GPIO_Type *base,int pin,int value);
35
36 #endif
    bsp_gpio.h中定义了一个枚举类型gpio_pin_direction_t和结构体gpio_pin_config_t，枚举类型gpio_pin_direction_t表示GPIO方向，输入或输出。结构体gpio_pin_config_t是GPIO的配置结构体，里面有GPIO的方向和默认输出电平两个成员变量。在bsp_gpio.c中输入如下所示内容：
示例代码15.3.2 bsp_gpio.c文件代码
1  #include "bsp_gpio.h"
2/***************************************************************
3  Copyright © zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.
4文件名    : bsp_gpio.h
5作者      : 左忠凯
6版本      : V1.0
7描述      : GPIO操作文件。
8其他      : 无
9论坛      : www.openedv.com
10日志      : 初版V1.0 2019/1/4 左忠凯创建
11 ***************************************************************/
12
13/*
14  * @description    : GPIO初始化。
15  * @param - base   : 要初始化的GPIO组。
16  * @param - pin   : 要初始化GPIO在组内的编号。
17  * @param - config : GPIO配置结构体。
18  * @Return           : 无
19  */
20void gpio_init(GPIO_Type *base,int pin, gpio_pin_config_t *config)
21{
22  if(config->direction == kGPIO_DigitalInput)   /* 输入 */
23  {
24  base->GDIR &=~(1<< pin);
25  }
26     else          /* 输出 */
27  {
28  base->GDIR |=1<< pin;
29  gpio_pinwrite(base,pin, config->outputLogic);/* 默认输出电平 */
30  }
31}
32
33/*
34   * @description  : 读取指定GPIO的电平值。
35   * @param – base  : 要读取的GPIO组。
36   * @param - pin  : 要读取的GPIO脚号。
37   * @return         : 无
38   */
39int gpio_pinread(GPIO_Type *base,int pin)
40{
41  return(((base->DR)>> pin)&0x1);
42}
43
44/*
45   * @description  : 指定GPIO输出高或者低电平。
46   * @param – base  : 要输出的的GPIO组。
47   * @param - pin  : 要输出的GPIO脚号。
48   * @param – value : 要输出的电平，1 输出高电平， 0 输出低低电平
49   * @return         : 无
50   */
51void gpio_pinwrite(GPIO_Type *base,int pin,int value)
52{
53  if(value ==0U)
54  {
55  base->DR &=~(1U<< pin);/* 输出低电平 */
56  }
57  else
58  {
59  base->DR |=(1U<< pin);/* 输出高电平 */
60  }
61}
    文件bsp_gpio.c中有三个函数：gpio_init、gpio_pinread和gpio_pinwrite，函数gpio_init用于初始化指定的GPIO引脚，最终配置的是GDIR寄存器，此函数有三个参数，这三个参数的含义如下：
       base:要初始化的GPIO所属于的GPIO组，比如GPIO1_IO18就属于GPIO1组。
       pin：要初始化GPIO在组内的标号，比如GPIO1_IO18在组内的编号就是18。
       config:要初始化的GPIO配置结构体，用来指定GPIO配置为输出还是输入。
       函数gpio_pinread是读取指定的GPIO值，也就是读取DR寄存器的指定位，此函数有两个参数和一个返回值，参数含义如下：
       base:要读取的GPIO所属于的GPIO组，比如GPIO1_IO18就属于GPIO1组。
       pin：要读取的GPIO在组内的标号，比如GPIO1_IO18在组内的编号就是18。
       返回值：读取到的GPIO值，为0或者1。
       函数gpio_pinwrite是控制指定的GPIO引脚输入高电平(1)或者低电平(0)，就是设置DR寄存器的指定位，此函数有三个参数，参数含义如下：
       base:要设置的GPIO所属于的GPIO组，比如GPIO1_IO18就属于GPIO1组。
       pin：要设置的GPIO在组内的标号，比如GPIO1_IO18在组内的编号就是18。
       value:要设置的值，1(高电平)或者0(低电平)。
       我们以后就可以使用函数gpio_init设置指定GPIO为输入还是输出，使用函数gpio_pinread和gpio_pinwrite来读写指定的GPIO，文件bsp_gpio.c文件就讲解到这里。
       接下来编写按键驱动文件，新建bsp_key.c和bsp_key.h这两个文件，将这两个文件都保存到刚刚创建的bsp/key文件夹里面，然后在bsp_key.h文件夹里面输入如下内容：
示例代码15.3.3 bsp_key.h文件代码
1  #ifndef _BSP_KEY_H
2  #define _BSP_KEY_H
3  #include "imx6ul.h"
4/***************************************************************
5  Copyright © zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.
6文件名    : bsp_key.h
7作者      : 左忠凯
8版本      : V1.0
9描述      : 按键驱动头文件。
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13 ***************************************************************/
14
15/* 定义按键值 */
16enum keyvalue{
17  KEY_NONE   =0,
18  KEY0_VALUE,
19};
20
21/* 函数声明 */
22void key_init(void);
23int key_getvalue(void);
24
25 #endif
       bsp_key.h文件中定义了一个枚举类型：keyvalue，此枚举类型表示按键值，因为I.MX6U-ALPHA开发板上只有一个按键，因此枚举类型里面只到KEY0_VALUE。在bsp_key.c中输入如下所示内容：
示例代码15.3.4 bsp_key.c文件代码
1  #include "bsp_key.h"
2  #include "bsp_gpio.h"
3  #include "bsp_delay.h"
4/***************************************************************
5  Copyright © zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.
6文件名    : bsp_key.c
7作者      : 左忠凯
8版本      : V1.0
9描述      : 按键驱动文件。
10其他      : 无
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13 ***************************************************************/
14
15/*
16  * @description    : 初始化按键
17  * @param           : 无
18  * @return          : 无
19  */
20void key_init(void)
21{
22  gpio_pin_config_t key_config;
23
24  /* 1、初始化IO复用, 复用为GPIO1_IO18 */
25  IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_CTS_B_GPIO1_IO18, 0);
26
27  /* 2、、配置UART1_CTS_B的IO属性
28  *bit 16:0 HYS关闭
29  *bit [15:14]: 11 默认22K上拉
30  *bit [13]: 1 pull功能
31  *bit [12]: 1 pull/keeper使能
32  *bit [11]: 0 关闭开路输出
33  *bit [7:6]: 10 速度100Mhz
34  *bit [5:3]: 000 关闭输出
35  *bit [0]: 0 低转换率
36  */
37  IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_CTS_B_GPIO1_IO18, 0xF080);
38
39  /* 3、初始化GPIO GPIO1_IO18设置为输入*/
40  key_config.direction = kGPIO_DigitalInput;
41  gpio_init(GPIO1,18,&key_config);
42
43}
44
45 /*
46  * @description    : 获取按键值
47  * @param           : 无
48  * @return          : 0 没有按键按下，其他值:对应的按键值
49  */
50int key_getvalue(void)
51{
52  int ret =0;
53  staticunsignedchar release =1;  /* 按键松开 */
54
55  if((release==1)&&(gpio_pinread(GPIO1,18)==0))/* KEY0按下 */
56  {
57  delay(10);/* 延时消抖  */
58  release =0;/* 标记按键按下 */
59  if(gpio_pinread(GPIO1,18)==0)
60     ret = KEY0_VALUE;
61  }
62  elseif(gpio_pinread(GPIO1,18)==1)      /* KEY0未按下 */
63  {
64  ret =0;
65  release =1;/* 标记按键释放 */
66  }
67
68  return ret;
69}
       bsp_key.c中一共有两个函数：key_init和key_getvalue，key_init是按键初始化函数，用来初始化按键所使用的UART1_CTS这个IO。函数key_init先设置UART1_CTS复用为GPIO1_IO18，然后配置UART1_CTS这个IO为速度为100MHz，默认22K上拉。最后调用函数gpio_init来设置GPIO1_IO18为输入功能。
       函数key_getvalue用于获取按键值，此函数没有参数，只有一个返回值，返回值表示按键值，返回值为0的话就表示没有按键按下，如果返回其他值的话就表示对应的按键按下了。获取按键值其实就是不断的读取GPIO1_IO18的值，如果按键按下的话相应的IO被拉低，那么GPIO1_IO18值就为0，如果按键未按下的话GPIO1_IO18的值就为1。此函数中静态局部变量release表示按键是否释放。
“示例代码15.3.4”中的57行是按键消抖延时函数，延时时间大约为10ms，用于消除按键抖动。理想型的按键电压变化过程如图15.3.1所示：

图15.3.1 理想的按键电压变化过程
在图15.3.1中，按键没有按下的时候按键值为1，当按键在t1时刻按键被按下以后按键值就变为0，这是最理想的状态。但是实际的按键是机械结构，加上刚按下去的一瞬间人手可能也有抖动，实际的按键电压变化过程如图15.3.2所示：

图15.3.2实际的按键电压变化过程
       在图15.3.2中t1时刻按键被按下，但是由于抖动的原因，直到t2时刻才稳定下来，t1到t2这段时间就是抖动。一般这段时间就是十几ms左右，从图15.3.2中可以看出在抖动期间会有多次触发，如果不消除这段抖动的话软件就会误判，本来按键就按下了一次，结果软件读取IO值发现电平多次跳变以为按下了多次。所以我们需要跳过这段抖动时间再去读取按键的IO值，也就是至少要在t2时刻以后再去读IO值。在“示例代码15.3.4”中的57行是延时了大约10ms后再去读取GPIO1_IO18的IO值，如果此时按键的值依旧是0，那么就表示这是一次有效的按键触发。
       按键驱动就讲解到这里，最后就是main.c文件的内容了，在main.c中输入如下代码：
示例代码15.3.5 main.c文件代码
/**************************************************************
Copyright © zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.
文件名   :    mian.c
作者     : 左忠凯
版本     : V1.0
描述     : I.MX6U开发板裸机实验7 按键输入实验
其他     : 本实验主要学习如何配置I.MX6U的GPIO作为输入来使用，通过
开发板上的按键控制蜂鸣器的开关。
论坛     : www.openedv.com
日志     : 初版V1.0 2019/1/4 左忠凯创建
**************************************************************/
1  #include "bsp_clk.h"
2  #include "bsp_delay.h"
3  #include "bsp_led.h"
4  #include "bsp_beep.h"
5  #include "bsp_key.h"
6
7/*
8   * @description    : main函数
9   * @param           : 无
10  * @return          : 无
11  */
12int main(void)
13{
14  int i =0;
15  int keyvalue =0;
16  unsignedchar led_state = OFF;
17  unsignedchar beep_state = OFF;
18
19  clk_enable();/* 使能所有的时钟 */
20  led_init();/* 初始化led       */
21  beep_init();/* 初始化beep    */
22  key_init();/* 初始化key       */
23
24  while(1)
25  {
26  keyvalue = key_getvalue();
27  if(keyvalue)
28  {
29     switch(keyvalue)
30     {
31         case KEY0_VALUE:
32     beep_state =!beep_state;
33     beep_switch(beep_state);
34     break;
35     }
36  }
37  i++;
38  if(i==50)
39  {
40     i =0;
41     led_state =!led_state;
42     led_switch(LED0, led_state);
43  }
44     delay(10);
45     }
46  return0;
47}
    main.c函数先初始化led灯、蜂鸣器和按键，然后在while(1)循环中不断的调用函数key_getvalue来读取按键值，如果KEY0按下的话就打开/关闭蜂鸣器。LED0作为系统提示指示灯闪烁，闪烁周期大约为500ms。本章例程的软件编写就到这里结束了，接下来就是编译下载验证了。
15.4编译下载验证15.4.1编写Makefile和链接脚本       Makefile使用第十三章编写的通用Makefile，修改变量TARGET为key，在变量INCDIRS和SRCDIRS中追加“bsp/gpio”和“bsp/key”，修改完成以后如下所示：
示例代码15.4.1.1  Makefile文件代码
1  CROSS_COMPILE  ?= arm-linux-gnueabihf-
2  TARGET          ?=key
3
4/* 省略掉其它代码...... */
5
6  INCDIRS := imx6ul
7      bsp/clk
8      bsp/led
9      bsp/delay  
10     bsp/beep
11     bsp/gpio
12     bsp/key
13
14 SRCDIRS :=  project
15     bsp/clk
16     bsp/led
17     bsp/delay
18     bsp/beep
19     bsp/gpio
20     bsp/key
21
22/* 省略掉其它代码...... */
23
24 clean:
25  rm -rf $(TARGET).elf $(TARGET).dis $(TARGET).bin $(COBJS)$(SOBJS)
       第2行修改变量TARGET为“key”，也就是目标名称为“key”。
       第11、12行在变量INCDIRS中添加GPIO和按键驱动头文件(.h)路径。
       第19、20行在变量SRCDIRS中添加GPIO和按键驱动文件(.c)路径。
链接脚本就使用第十三章试验中的链接脚本文件imx6ul.lds即可。
15.4.2编译下载       使用Make命令编译代码，编译成功以后使用软件imxdownload将编译完成的key.bin文件下载到SD卡中，命令如下：
chmod 777 imxdownload                    //给予imxdownload可执行权限，一次即可
./imxdownload key.bin /dev/sdd           //烧写到SD卡中
       烧写成功以后将SD卡插到开发板的SD卡槽中，然后复位开发板。如果代码运行正常的话LED0会以大约500ms周期闪烁，按下开发板上的KEY0按键，蜂鸣器打开，再按下KEY0按键，蜂鸣器关闭。