31.1 前言
按键是设备中是最常见的人机交互方式，本节中将学习两部分。
（1）如何4个GPIO 16个按键的实现；
（2）Linux input按键驱动开发实例编程；
31.2 4个IO驱动16按键原理
在常见的按键驱动中，我们可以设计一个按键矩阵，给按键设定一个坐标。如由8个GPIO驱动的4x4矩阵按键，便是通过水平、垂直两个维度对按键进行坐标化。本节讲到的由4GPIO驱动16按键的设计，是GPIO按键驱动按键的一种优化，该方案需要软硬结合，在按键矩阵中添加晶体管，以完成4GPIO驱动16按键的方案。硬件实现如下示：
如上图示，4个GPIO默认都是上拉输入（即默认在高电平状态），当有按键按下时，4个GPIO的某个就会被拉为低电平。读取数值的原理为通过扫描4个GPIO进行按键判断。
扫描方法如下：
（1）KEY1-4 设置为上拉输入，程序依次读取这四个IO的值，此时读取的到值是对应上图E列的按键，当发现某个IO为低电平时，返回此时扫描的序号，该序号可以辨别是哪个按键按下的；
（2）设KEY1输出低电平，KEY2-4设置为上拉输入，程序读取KEY2-4IO的值，此时对应的是A列IO
（3）设KEY2输出低电平，KEY1、KEY3-4设置为上拉输入，程序读取KEY1、KEY3-4IO的值，此时对应的是B列IO
（4）设KEY3输出低电平，KEY1-2、KEY-4设置为上拉输入，程序读取KEY1-2、KEY-4IO的值，此时对应的是C列IO
（5）设KEY4输出低电平，KEY1-3设置为上拉输入，程序读取KEY1-3IO的值，此时对应的是D列IO
读取按键代码实现：
static int read_kbd_key(void) { int key_num = 0; int i, j; /*设GPIO全为上拉输入*/ if (gpio_direction_set(0x00) == -1) goto err_direction_set; /*读取E列IO*/ for (j = 0; j < 4; j++) { if ((gpio_get_value(gpio_pin[j]) & 0x01) == 0) return key_num; key_num++; } /*读取A-D列IO*/ for (i = 0; i < 4; i++) { for (j = 0; j < 4; j++) { if (j == i) continue; if ((gpio_get_value(gpio_pin[j]) & 0x01) == 0) return key_num; key_num++; } } err_direction_set: return -1; }
31.3 Linux Input按键驱动实现
Linux驱动编程包含两个部分，第一个是对硬件设备初始化；第二个是根据Linux驱动框架填充驱动代码。
对于Linux 3.x有引入设备树及gpiolib的内核，一般会在编译内核的时候已经配置好处理器的所有IO，并使用GPIOLib对所有GPIO进行统一管理，因此如需操作某个GPIO那么可以直接调用内核gpiolib库提供的操作函数库，申请对某IO的控制权。引入GPIOLib的目的是避免多个驱动控制一个IO所带来的混乱，gpiolib需要在编译内核的时候选上支持gpiolib。
输入子系统由驱动层、输入子系统核心、事件处理层三部分组成。一个输入事件，如鼠标移动、键盘按下等通过Driver->Inputcore->Event handler->userspace的顺序到达用户控件的应用程序。
struct input_dev结构数据说明：
相关函数说明
31.4 Linux input子系统驱动示例
#include <linux/kernel.h>#include <linux/init.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/module.h>#include <linux/time.h>#include <linux/slab.h> //kmalloc头文件#include <linux/input.h>#include <linux/sys_config.h>#include <linux/gpio.h>#include <asm/io.h>struct input_dev *inputKeyDev;/*input设备指针*///上报示例处理static int inputDev_IRQHandler(){input_report_key(inputKeyDev,KEY_1, !gpio_get_value(KEY_1));input_sync(inputKeyDev);return 0;}static int __init inputDev_Init(void){int nRet = -1;/*分配一个input结构*/inputKeyDev = input_allocate_device();if (!inputKeyDev) {nRet = -ENOMEM;goto iExit0;}/*设置支持事件类型*/set_bit(EV_SYN,inputKeyDev->evbit);set_bit(EV_KEY,inputKeyDev->evbit);set_bit(KEY_1,inputKeyDev->keybit);/*注册到输入子系统中*/nRet = input_register_device(inputKeyDev);if(nRet)goto iExit0;return nRet;iExit0:if(inputKeyDev!=NULL) input_free_device(inputKeyDev);return nRet;}static void __exit inputDev_Exit(void){/*注销输入子系统设备*/input_unregister_device(inputKeyDev);/*释放申请的内存*/input_free_device(inputKeyDev);}module_init(inputDev_Init);module_exit(inputDev_Exit);MODULE_LICENSE("GPL");
31.5 Linux 16按键驱动实例
/****************************************************************** 包含头文件******************************************************************/#include <linux/kernel.h>#include <linux/init.h>#include <linux/fs.h>#include <linux/module.h>#include <linux/time.h>#include <linux/slab.h> //kmalloc头文件#include <linux/input.h>#include <linux/sys_config.h>#include <linux/gpio.h>#include <asm/io.h>#include <linux/interrupt.h>#include <linux/delay.h>#include <linux/hrtimer.h> #include <linux/sched.h>/****************************************************************** 宏定义(仅在当前C文件使用的宏定义写在当前C文件中，否则需写在H文件中)******************************************************************/#define IKEY_PIN_1 (GPIOD(16))#define IKEY_PIN_2 (GPIOD(17))#define IKEY_PIN_3 (GPIOD(19))#define IKEY_PIN_4 (GPIOD(22))#define INPUT_IKEY_NAME "iKey"#define IKEY_TIMEOUT_MS(80)/*80ms扫描一次按键*//****************************************************************** 结构定义(仅在当前C文件使用的结构体写在当前C文件中，否则需写在H文件中)******************************************************************/struct _iKeyInfoSt{int iKeyNum;/*保存按键值*/int iKeyUpFlag;/*是否上报*/int nQueWaiting;/*等待队列条件*/wait_queue_head_t iwaitQue;/*等待队列*/struct hrtimer ihrtimer;/*高精度定时器*/struct timer_list iKeyTimer;/*轮询定制器，每隔50ms轮询一次键盘*/struct work_struct iKeyDectWork;/*键盘检测工作队列*/struct delayed_work iKeyDelayWork;/*键盘检测工作队列*/struct input_dev *inputKeyDev;/*input设备指针*/};/****************************************************************** 全局变量定义******************************************************************/struct _iKeyInfoSt *piKeyInfoSt = NULL;static unsigned int igpio_pin[] = {IKEY_PIN_1, IKEY_PIN_2, IKEY_PIN_3, IKEY_PIN_4,};/*键盘对应的上报的键值*/static u32 iKeycodes[16] = {KEY_DOWN,KEY_F1,KEY_HOME,KEY_UP,KEY_8,KEY_0,KEY_1,KEY_5,KEY_BACKSPACE,KEY_2,KEY_6,KEY_9,KEY_3,KEY_4,KEY_7,KEY_KPASTERISK};/****************************************************************** 静态变量定义******************************************************************//****************************************************************** 外部变量声明（如果全局变量没有在其它的H文件声明，引用时需在此处声明，*如果已在其它H文件声明，则只需包含此H文件即可）******************************************************************//****************************************************************** 函数原型声明******************************************************************/static enum hrtimer_restart iKey_hrtimerHander(struct hrtimer *timer) {piKeyInfoSt->nQueWaiting = 1;wake_up(&piKeyInfoSt->iwaitQue);return HRTIMER_NORESTART;}static int iKey_gpioSetDirection(unsigned int ndir){unsigned int i = 0;for (i = 0; i < 4; i++) {if (ndir & BIT(i)) {if (gpio_direction_output(igpio_pin[i], 0)) {return -1;}} else {if (gpio_direction_input(igpio_pin[i])) {return -1;}}}/*启动高精度定时器，结合等待队列延时1ms*/hrtimer_start(&piKeyInfoSt->ihrtimer,ktime_set(0,1500*1000),HRTIMER_MODE_REL);wait_event(piKeyInfoSt->iwaitQue,piKeyInfoSt->nQueWaiting);piKeyInfoSt->nQueWaiting = 0;return 0;}static int iKey_readValue(void){int key_num = 0;int i, j;if (iKey_gpioSetDirection(0x00) == -1)goto iExit;for (j = 0; j < 4; j++){if ((gpio_get_value(igpio_pin[j]) & 0x01) == 0)return key_num;key_num++;}for (i = 0; i < 4; i++) {if (iKey_gpioSetDirection(BIT(i)) == -1)goto iExit;for (j = 0; j < 4; j++){if (j == i)continue;if ((gpio_get_value(igpio_pin[j]) & 0x01) == 0)return key_num;key_num++;}}iExit:return -1;}static void iKey_delayWorkCallBack(struct work_struct *data){int key_num = 0;key_num = iKey_readValue();if (key_num == piKeyInfoSt->iKeyNum){input_report_key(piKeyInfoSt->inputKeyDev, iKeycodes[piKeyInfoSt->iKeyNum], 1);input_sync(piKeyInfoSt->inputKeyDev);piKeyInfoSt->iKeyUpFlag = 1;}}static void iKey_dectWorkCallBack(struct work_struct *data){int key_num = 0;/*扫描读取按键值*/key_num = iKey_readValue();if (key_num != -1) {if(piKeyInfoSt->iKeyUpFlag!=1) piKeyInfoSt->iKeyNum = key_num;/*延时20ms消抖*/schedule_delayed_work(&piKeyInfoSt->iKeyDelayWork, msecs_to_jiffies(20));}else if(piKeyInfoSt->iKeyUpFlag == 1){input_report_key(piKeyInfoSt->inputKeyDev, iKeycodes[piKeyInfoSt->iKeyNum], 0);input_sync(piKeyInfoSt->inputKeyDev);piKeyInfoSt->iKeyUpFlag = 0;}mod_timer(&piKeyInfoSt->iKeyTimer, jiffies + msecs_to_jiffies(IKEY_TIMEOUT_MS));}void iKey_timerCallBack(unsigned long arg){schedule_work(&piKeyInfoSt->iKeyDectWork);}static int iKey_gpioInit(){int i = 0;char chlabel[16] ={0};for (i = 0; i < 4; i++){if (gpio_is_valid(igpio_pin[i])){memset(chlabel, 0, 16);sprintf(chlabel, "igpio_%d", i);if (gpio_request(igpio_pin[i], chlabel)){pr_err("gpio_request failed [%d]\n", igpio_pin[i]);goto iExit;}}else {pr_err("wrong gpio num [%d]\n", igpio_pin[i]);goto iExit;}}return 0;iExit:pr_err("gpio init failed\n");for (; i > 0; i--) {gpio_free(igpio_pin[i - 1]);}return -1;}static void iKey_gpioExit(void){unsigned int i = 0;for (i = 0; i < 4; i++){gpio_free(igpio_pin[i]);}}static int __init iKey_Init(void){int ni = 0;int nRet = -1;/*分配内存保存结构*/piKeyInfoSt = kzalloc(sizeof(struct _iKeyInfoSt), GFP_KERNEL);if (!piKeyInfoSt){nRet = -ENOMEM;goto iExit0;}/*分配一个input结构*/piKeyInfoSt->inputKeyDev = input_allocate_device();if (!piKeyInfoSt->inputKeyDev) {nRet = -ENOMEM;goto iExit0;}/*填充对应结构的数据*/piKeyInfoSt->inputKeyDev->name= INPUT_IKEY_NAME;piKeyInfoSt->inputKeyDev->phys= "iKeyPhys";piKeyInfoSt->inputKeyDev->id.bustype= BUS_HOST;piKeyInfoSt->inputKeyDev->id.vendor= 0x0001;piKeyInfoSt->inputKeyDev->id.product= 0x0001;piKeyInfoSt->inputKeyDev->id.version= 0x0100;/*设置支持事件类型*/set_bit(EV_SYN,piKeyInfoSt->inputKeyDev->evbit);set_bit(EV_KEY,piKeyInfoSt->inputKeyDev->evbit);/*设置支持哪些按键*/for (ni = 0; ni < 16; ni++)set_bit(iKeycodes[ni], piKeyInfoSt->inputKeyDev->keybit);/*注册到输入子系统中*/nRet = input_register_device(piKeyInfoSt->inputKeyDev);if(nRet)goto iExit0;/*使用高精度定时器+等待队列进行延时*/piKeyInfoSt->iKeyUpFlag= 0;piKeyInfoSt->nQueWaiting = 0;init_waitqueue_head(&piKeyInfoSt->iwaitQue);hrtimer_init(&piKeyInfoSt->ihrtimer,CLOCK_MONOTONIC,HRTIMER_MODE_REL);piKeyInfoSt->ihrtimer.function = iKey_hrtimerHander;/* 设置回调函数 */ /*初始化工作队列*/INIT_WORK(&piKeyInfoSt->iKeyDectWork, iKey_dectWorkCallBack);INIT_DELAYED_WORK(&piKeyInfoSt->iKeyDelayWork, iKey_delayWorkCallBack);/*Linux内核定时器初始化*/init_timer(&piKeyInfoSt->iKeyTimer);piKeyInfoSt->iKeyTimer.function= iKey_timerCallBack;piKeyInfoSt->iKeyTimer.expires = jiffies + msecs_to_jiffies(IKEY_TIMEOUT_MS);add_timer(&piKeyInfoSt->iKeyTimer);/*初始化GPIO*/nRet = iKey_gpioInit();if(nRet<0)goto iExit0;return 0;iExit0:if(piKeyInfoSt->inputKeyDev!=NULL) input_free_device(piKeyInfoSt->inputKeyDev);if(piKeyInfoSt!=NULL) kfree(piKeyInfoSt);return nRet;}static void __exit iKey_Exit(void){/*注销输入子系统设备*/input_unregister_device(piKeyInfoSt->inputKeyDev);/*删除定时器*/del_timer(&piKeyInfoSt->iKeyTimer);/*释放已申请的GPIO*/iKey_gpioExit();/*删除工作队列*/cancel_work_sync(&piKeyInfoSt->iKeyDectWork);cancel_delayed_work(&piKeyInfoSt->iKeyDelayWork);/*删除高精度定时器*/hrtimer_cancel(&piKeyInfoSt->ihrtimer);/*释放申请的内存*/if(piKeyInfoSt->inputKeyDev!=NULL) input_free_device(piKeyInfoSt->inputKeyDev);if(piKeyInfoSt!=NULL) kfree(piKeyInfoSt);}module_init(iKey_Init);module_exit(iKey_Exit);MODULE_LICENSE("GPL");
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