第14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。
图 14.1 回顾LED驱动
14.2 按键驱动编写思路
GPIO按键的原理图一般有如下2种：
图 14.2 按键原理图示意
- 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图 14.3所示：
回顾一下编写驱动程序的套路：
图 14.4 驱动程序编写套路
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：
- 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。
- 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。
图 14.5 按键驱动框架
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);2
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 }
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, "100ask_button", &button_fops);
84
85 button_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_button");
86 if (IS_ERR(button_class))
87 return -1;
88
89 return 0;
90 }
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, "100ask_button%d", i);
63 }
64 }
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，把Ubuntu上的驱动程序、测试程序下载到开发板/root目录，就可以在开发板上如下操作了：
[root@100ask:~]# cd /root
[root@100ask:~]# insmod button_drv.ko // 装载驱动程序
[ 435.276713] button_drv: loading out-of-tree module taints kernel.
[root@100ask:~]# insmod board_xxx.ko
[root@100ask:~]# ls /dev/100ask_button* -l // 查看设备节点
crw------- 1 root root 236, 0 Jan 18 08:57 /dev/100ask_button0
crw------- 1 root root 236, 1 Jan 18 08:57 /dev/100ask_button1
[root@100ask:~]#./button_test /dev/100ask_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