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第十四章 查询方式的按键驱动程序_编写框架

14.1 LED驱动回顾

对于 LED，APP调用 open函数导致驱动程序的 led_open函数被调用。在里面，把 GPIO配置为输出引脚。安装驱动程序后并不意味着会使用对应的硬件，而 APP要使用对应的硬件，必须先调用 open函数。所以建议在驱动程序的 open函数中去设置引脚。
APP继续调用 write函数传入数值，在驱动程序的 led_write函数根据该数值去设置 GPIO的数据寄存器，从而控制 GPIO的输出电平。
怎么操作寄存器？从芯片手册得到对应寄存器的物理地址，在驱动程序中使用 ioremap函数映射得到虚拟地址。驱动程序中使用虚拟地址去访问寄存器。

14.2 按键驱动编写思路

GPIO按键的原理图一般有如下 2种：

按键没被按下时，上图中左边的 GPIO电平为高，右边的 GPIO电平为低。 按键被按下后，上图中左边的 GPIO电平为低，右边的 GPIO电平为高。
编写按键驱动程序最简单的方法如下图所示：

回顾一下编写驱动程序的套路：

对于使用查询方式的按键驱动程序，我们只需要实现 button_open、button_read。

14.3 编程：先写框架

我们的目的写出一个容易扩展到各种芯片、各种板子的按键驱动程序，所以驱动程序分为上下两层： ① button_drv.c分配/设置/注册 file_operations结构体
起承上启下的作用，向上提供 button_open,button_read供 APP调用。
而这 2个函数又会调用底层硬件提供的 p_button_opr中的 init、read函数操作硬件。
② board_xxx.c分配/设置/注册 button_operations结构体
这个结构体是我们自己抽象出来的，里面定义单板 xxx的按键操作函数。
这样的结构易于扩展，对于不同的单板，只需要替换 board_xxx.c提供自己的 button_operations结构体即可。

使用 GIT下载所有源码后，本节源码位于如下目录：

01_all_series_quickstart\ 
05_嵌入式 Linux驱动开发基础知识\source\ 
04_button_drv\01_button_drv_template 

14.3.1 把按键的操作抽象出一个button_operations结构体

首先看看 button_drv.h，它定义了一个 button_operations结构体，把按键的操作抽象为这个结构体：

04 struct button_operations { 
05     int count; 
06     void (*init) (int which); 
07     int (*read) (int which); 
08 }; 
09 
10 void register_button_operations(struct button_operations *opr); 
11 void unregister_button_operations(void); 
12 

再看看 board_xxx.c，它实现了一个 button_operations结构体，代码如下。
第 45行调用 register_button_operations函数，把这个结构体注册到上层驱动中。 37 static struct

button_operations my_buttons_ops ={ 
38     .count = 2, 
39     .init  = board_xxx_button_init_gpio, 
40     .read  = board_xxx_button_read_gpio, 
41 }; 
42 
43 int board_xxx_button_init(void) 
44 { 
45     register_button_operations(&my_buttons_ops); 
46     return 0; 
47 } 
48 

14.3.2 驱动程序的上层：file_operations结构体

上层是 button_drv.c，它的核心是 file_operations结构体，首先看看入口函数，代码如下。
第 83行向内核注册一个 file_operations结构体。
第 85行创建一个 class，但是该 class下还没有 device，在后面获得底层硬件的信息时再在 class下创建 device：这只是用来创建设备节点，它不是驱动程序的核心。

81 int button_init(void) 
82 { 
83     major = register_chrdev(0, "xxxxxx_button", &button_fops); 
84 
85     button_class = class_create(THIS_MODULE, "xxxxxx_button"); 
86     if (IS_ERR(button_class)) 
87         return -1; 
88 
89     return 0; 
90 } 
91 

再来看看 button_drv.c中 file_operations结构体的成员函数，代码如下。
第 34、44行都用到一个 button_operations指针，它是从何而来？

28 static struct button_operations *p_button_opr; 
29 static struct class *button_class; 
30 
31 static int button_open (struct inode *inode, struct file *file) 
32 { 
33     int minor = iminor(inode); 
34     p_button_opr->init(minor); 
35     return 0; 
36 } 
37 
38 static ssize_t button_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *off) 
39 { 
40     unsigned int minor = iminor(file_inode(file)); 
41     char level; 
42     int err; 
43 
44     level = p_button_opr->read(minor); 
45     err = copy_to_user(buf, &level, 1); 
46     return 1; 
47 } 
48 
49 
50 static struct file_operations button_fops = { 51     .open = button_open, 
52     .read = button_read, 
53 }; 

上面第 34、44行都用到一个 button_operations指针，来自于底层硬件相关的代码。
底层代码调用 register_button_operations函数，向上提供这个结构体指针。
register_button_operations函数代码如下，它还根据底层提供的 button_operations调用
device_create，这是创建设备节点(第 62行)。

55 void register_button_operations(struct button_operations *opr) 
56 { 
57     int i; 
58 
59     p_button_opr = opr; 
60     for (i = 0; i < opr->count; i++) 
61     { 
62         device_create(button_class, NULL, MKDEV(major, i), NULL, "xxxxxx_button%d", i); 
63     } 
64 } 
65 

14.4 测试

这只是一个示例程序，还没有真正操作硬件。测试程序操作驱动程序时，只会导致驱动程序中打印信息。
首先设置交叉工具链，修改驱动 Makefile中内核的源码路径，编译驱动和测试程序。
启动开发板后，通过 NFS访问编译好驱动程序、测试程序，就可以在开发板上如下操作了：

# insmod button_drv.ko   // 装载驱动程序 
[  435.276713] button_drv: loading out-of-tree module taints kernel. 
# insmod board_xxx.ko 
# ls /dev/xxxxxx_button* -l     // 查看设备节点 
crw-------    1 root     root      236,   0 Jan 18 08:57 /dev/xxxxxx_button0 
crw-------    1 root     root      236,   1 Jan 18 08:57 /dev/xxxxxx_button1 
# ./button_test /dev/xxxxxx_button0    // 读按键 
[  450.886180] /home/book/source/04_button_drv/01_button_drv_template/board_xxx.c board_xxx_button_init_gpio 28, init gpio for button 0 [ 
450.910915] 
/home/book/source/04_button_drv/01_button_drv_template/board_xxx.c 
board_xxx_button_read_gpio 33, read gpio for button 0 
get button : 1    // 得到数据 

14.5 课后怎业

合并 LED、BUTTON框架驱动程序：01_led_drv_template、01_button_drv_template，合并为：
gpio_drv_template