「正点原子Linux连载」第十九章定时器按键消抖实验

本帖最后由 正点原子运营官 于 2020-3-14 16:12 编辑

2）摘自《正点原子I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南》
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第十九章定时器按键消抖实验
在第十五章和第十七章实验中都用到了按键，用到按键就要处理因为机械结构带来的按键抖动问题，也就是按键消抖。前面的实验中都是直接使用了延时函数来实现消抖，因为简单，但是直接用延时函数来实现消抖会浪费CPU性能，因为在延时函数里面CPU什么都做不了。如果按键使用中断的话更不能在中断里面使用延时函数，因为中断服务函数要快进快出！本章我们学习如何使用定时器来实现按键消抖，使用定时器既可以实现按键消抖，而且也不会浪费CPU性能，这个也是Linux驱动里面按键消抖的做法。
19.1定时器按键消抖简介       按键消抖的原理在第十五章已经详细的讲解了，其实就是在按键按下以后延时一段时间再去读取按键值，如果此时按键值还有效那就表示这是一次有效的按键，中间的延时就是消抖的。但是这有一个缺点，就是延时函数会浪费CPU性能，因为延时函数就是空跑。如果按键是用中断方式实现的，那就更不能在中断服务函数里面使用延时函数，因为中断服务函数最基本的要求就是快进快出！上一章我们学习了EPIT定时器，定时器设置好定时时间，然后CPU就可以做其他事情去了，定时时间到了以后就会触发中断，然后在中断中做相应的处理即可。因此，我们可以借助定时器来实现消抖，按键采用中断驱动方式，当按键按下以后触发按键中断，在按键中断中开启一个定时器，定时周期为10ms，当定时时间到了以后就会触发定时器中断，最后在定时器中断处理函数中读取按键的值，如果按键值还是按下状态那就表示这是一次有效的按键。定时器按键消抖如图19.1.1所示：

图19.1.1定时器消抖示意图
       在图19.1.1中t1~t3这一段时间就是按键抖动，是需要消除的。设置按键为下降沿触发，因此会在t1、t2和t3这三个时刻会触发按键中断，每次进入中断处理函数都会重新开器定时器中断，所以会在t1、t2和t3这三个时刻开器定时器中断。但是t1~t2和t2~t3这两个时间段是小于我们设置的定时器中断周期(也就是消抖时间，比如10ms)，所以虽然t1开启了定时器，但是定时器定时时间还没到呢t2时刻就重置了定时器，最终只有t3时刻开启的定时器能完整的完成整个定时周期并触发中断，我们就可以在中断处理函数里面做按键处理了，这就是定时器实现按键防抖的原理，Linux里面的按键驱动用的就是这个原理！
       关于定时器按键消抖的原理就介绍到这里，接下来讲解如何使用EPIT1来配合按键KEY来实现具体的消抖，步骤如下：
       1、配置按键IO中断
       配置按键所使用的IO，因为要使用到中断驱动按键，所以要配置IO的中断模式。
       2、初始化消抖用的定时器
       上面已经讲的很清楚了，消抖要用定时器来完成，所以需要初始化一个定时器，这里使用上一章讲解的EPIT1定时器，也算是对EPIT1定时器的一次巩固。定时器的定时周期为10ms，也可根据实际情况调整定时周期。
       3、编写中断处理函数
       需要编写两个中断处理函数：按键对应的GPIO中断处理函数和EPIT1定时器的中断处理函数。在按键的中断处理函数中主要用于开启EPIT1定时器，EPIT1的中断处理函数才是重点，按键要做的具体任务都是在定时器EPIT1的中断处理函数中完成的，比如控制蜂鸣器打开或关闭。
19.2 硬件原理分析本试验用到的资源如下：
、一个LED灯LED0。
、定时器EPti1。
、一个按键KEY。
、一个蜂鸣器。
       本试验效果和第十五章的试验效果一样，按下KEY会打开蜂鸣器，再次按下KEY就会关闭蜂鸣器。LED0作为系统提示灯不断的闪烁。
19.3 试验程序编写       本实验对应的例程路径为：开发板光盘-> 1、裸机例程->11_key_filter。
       本章实验在上一章例程的基础上完成，更改工程名字为“key_filter”，然后在bsp文件夹下创建名为“keyfilter”的文件夹，然后在bsp/keyfilter中新建bsp_keyfilter.c和bsp_keyfilter.h这两个文件。在bsp_keyfilter.h中输入如下内容：
示例代码19.3.1 bsp_keyfilter.h 文件代码
1  #ifndef _BSP_KEYFILTER_H
2  #define _BSP_KEYFILTER_H
3/***************************************************************
4  Copyright © zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.
5文件名    : bsp_keyfilter.h
6作者      : 左忠凯
7版本      : V1.0
8描述      : 定时器按键消抖驱动头文件。
9其他      : 无
10论坛      : www.openedv.com
11日志      : 初版V1.0 2019/1/5 左忠凯创建
12 ***************************************************************/
13
14/* 函数声明 */
15void filterkey_init(void);
16void filtertimer_init(unsignedint value);
17void filtertimer_stop(void);
18void filtertimer_restart(unsignedint value);
19void filtertimer_irqhandler(void);
20void gpio1_16_31_irqhandler(void);
21
22 #endif
    bsp_keyfilter.h文件很简单，只是函数声明。在bsp_keyfilter.c中输入如下内容：
示例代码19.3.2 bsp_keyfilter.c 文件代码
/***************************************************************
Copyright © zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.
文件名   : bsp_keyfilter.c
作者     : 左忠凯
版本     : V1.0
描述     : 定时器按键消抖驱动。
其他     : 按键采用中断方式，按下按键触发按键中断，在按键中断里面
使能定时器定时中断。使用定时器定时中断来完成消抖延时，
定时器中断周期就是延时时间。如果定时器定时中断触发，
表示消抖完成(延时周期完成)，即可执行按键处理函数。
论坛     : www.openedv.com
日志     : 初版V1.0 2019/1/5 左忠凯创建
***************************************************************/
1   #include "bsp_key.h"
2   #include "bsp_gpio.h"
3   #include "bsp_int.h"
4   #include "bsp_beep.h"
5   #include "bsp_keyfilter.h"
6
7/*
8    * @description   : 按键初始化
9    * @param         : 无
10   * @Return        : 无
11   */
12void filterkey_init(void)
13{
14      gpio_pin_config_t key_config;
15
16/* 1、初始化IO */
17      IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_CTS_B_GPIO1_IO18,0);
18      IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_CTS_B_GPIO1_IO18,0xF080);
19
20/* 2、初始化GPIO为中断 */
21      key_config.direction = kGPIO_DigitalInput;
22      key_config.interruptMode = kGPIO_IntFallingEdge;
23      key_config.outputLogic =1;
24      gpio_init(GPIO1,18,&key_config);
25
26/* 3、使能GPIO中断，并且注册中断处理函数         */
27      GIC_EnableIRQ(GPIO1_Combined_16_31_IRQn);
28      system_register_irqhandler(GPIO1_Combined_16_31_IRQn,
                         (system_irq_handler_t)gpio1_16_31_irqhandler,
                         NULL);
29
30      gpio_enableint(GPIO1,18);   /* 使能GPIO1_IO18的中断功能   */
31      filtertimer_init(66000000/100); /* 初始化定时器,10ms          */
32}
33
34/*
35   * @description      : 初始化用于消抖的定时器，默认关闭定时器
36   * @param - value     : 定时器EPIT计数值
37   * @return             : 无
38   */
39void filtertimer_init(unsignedint value)
40{
41      EPIT1->CR =0; /* 先清零   */
42      EPIT1->CR =(1<<24|1<<3|1<<2|1<<1);
43      EPIT1->LR = value;   /* 计数值      */
44      EPIT1->CMPR =0;   /* 比较寄存器为0    */
45
46/* 使能EPIT1中断并注册中断处理函数*/
47      GIC_EnableIRQ(EPIT1_IRQn);
48      system_register_irqhandler(EPIT1_IRQn,
               (system_irq_handler_t)filtertimer_irqhandler,
                         NULL);
49}
50
51/*
52   * @description   : 关闭定时器
53   * @param         : 无
54   * @return         : 无
55   */
56void filtertimer_stop(void)
57{
58      EPIT1->CR &=~(1<<0); /* 关闭定时器   */
59}
60
61/*
62   * @description   : 重启定时器
63   * @param – value : 定时器EPIT计数值
64   * @return        : 无
65   */
66void filtertimer_restart(unsignedint value)
67{
68      EPIT1->CR &=~(1<<0); /* 先关闭定时器 */
69      EPIT1->LR = value;   /* 计数值   */
70      EPIT1->CR |=(1<<0);  /* 打开定时器   */
71}
72
73/*
74   * @description   : 定时器中断处理函数
75   * @param          : 无
76   * @return         : 无
77   */
78void filtertimer_irqhandler(void)
79{
80staticunsignedchar state = OFF;
81
82if(EPIT1->SR &(1<<0))     /* 判断比较事件是否发生  */
83{
84          filtertimer_stop();          /* 关闭定时器   */
85if(gpio_pinread(GPIO1,18)==0)/* KEY0按下 */
86{
87              state =!state;
88              beep_switch(state);  /* 反转蜂鸣器   */
89}
90}
91      EPIT1->SR |=1<<0; /* 清除中断标志位   */
92}
93
94/*
95   * @description  : GPIO中断处理函数
96   * @param         : 无
97   * @return        : 无
98   */
99void gpio1_16_31_irqhandler(void)
100{
101     filtertimer_restart(66000000/100); /* 开启定时器       */
102     gpio_clearintflags(GPIO1,18);  /* 清除中断标志位   */
103}
    文件bsp_keyfilter.c一共有6个函数，这6个函数其实都很简单。filterkey_init是本试验的初始化函数，此函数首先初始化了KEY所使用的UART1_CTS这个IO，设置这个 IO的中断模式，并且注册中断处理函数，最后调用函数filtertimer_init初始化定时器EPIT1定时周期为10ms。函数filtertimer_init是定时器EPIT1的初始化函数，内容基本和上一章实验的EPIT1初始化函数一样。函数filtertimer_stop和filtertimer_restart分别是EPIT1的关闭和重启函数。filtertimer_irqhandler是EPTI1的中断处理函数，此函数里面就是按键要做的工作，在本例程里面就是开启或者关闭蜂鸣器。函数gpio1_16_31_irqhandler是GPIO1_IO18的中断处理函数，此函数只有一个工作，那就是重启定时器EPIT1。
       bsp_keyfilter.c文件内容总体来说并不难，基本就是第十七章和第十八章实验的综合。最后在mian.c中输入如下所示代码：
示例代码19.3.3 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11 定时器实现按键消抖实验
其他     : 本实验主要学习如何使用定时器来实现按键消抖，以前的按键
消抖都是直接使用延时函数来完成的，这种做法效率不高，因为
延时函数完全是浪费CPU资源的。使用按键中断+定时器来实现按键
驱动效率是最好的，这也是Linux驱动所使用的方法！
论坛     : www.openedv.com
日志     : 初版V1.0 2019/1/5 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  #include "bsp_int.h"
7  #include "bsp_keyfilter.h"
8
9/*
10  * @description  : main函数
11  * @param        : 无
12  * @return       : 无
13  */
14int main(void)
15{
16  unsignedchar state = OFF;
17
18  int_init();   /* 初始化中断(一定要最先调用！) */
19  imx6u_clkinit();  /* 初始化系统时钟   */
20  clk_enable(); /* 使能所有的时钟   */
21  led_init();   /* 初始化led                   */
22  beep_init();  /* 初始化beep                  */
23  filterkey_init(); /* 带有消抖功能的按键           */
24
25  while(1)
26  {
27     state =!state;
28  led_switch(LED0, state);
29  delay(500);
30  }
31
32  return0;
33}
    main.c文件只有一个main函数，在第23行调用函数filterkey_init来初始化带有消抖的按键，最后在while循环里面翻转LED0，周期大约为500ms。
19.4编译下载验证19.4.1编写Makefile和链接脚本       修改Makefile中的TARGET为keyfilter，在INCDIRS和SRCDIRS中加入“bsp/keyfilter”，修改后的Makefile如下：
示例代码19.4.1 Makefile代码
1   CROSS_COMPILE     ?= arm-linux-gnueabihf-
2   TARGET             ?=keyfilter
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     bsp/exit
14     bsp/int
15     bsp/epittimer
16     bsp/keyfilter
17
18  SRCDIRS   :=  project
19     bsp/clk
20     bsp/led
21     bsp/delay
22     bsp/beep
23     bsp/gpio
24     bsp/key
25         bsp/exit
26     bsp/int
27     bsp/epittimer
28     bsp/keyfilter
29
30 /* 省略掉其它代码...... */
31
32  clean:
33    rm -rf $(TARGET).elf $(TARGET).dis $(TARGET).bin $(COBJS)$(SOBJS)
第2行修改变量TARGET为“keyfilter”，也就是目标名称为“keyfilter”。
       第16行在变量INCDIRS中添加按键消抖驱动头文件(.h)路径。
       第28行在变量SRCDIRS中添加按键消抖驱动文件(.c)路径。
    链接脚本保持不变。
19.4.2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keyfilter.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 keyfilter.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。本例程的效果和第十五章一样，按下KEY就会控制蜂鸣器的开关，并且LED0不断的闪烁，提示系统正在运行。