【正点原子Linux连载】第十五章按键输入试验--摘自【正点原子】I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南V1.0

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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 */
    
17. typedefenum _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 */
    
24. typedefstruct _gpio_pin_config
    
25. {
    
26.      gpio_pin_direction_t direction;/* GPIO方向:输入还是输出                */
    
27. uint8_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 */
    
32. void gpio_init(GPIO_Type *base,int pin, gpio_pin_config_t *config);
    
33. int gpio_pinread(GPIO_Type *base,int pin);
    
34. void gpio_pinwrite(GPIO_Type *base,int pin,int value);
    
35. 
    
36. #endif

复制代码

        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.   */
    
20. void 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.    */
    
39. int 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.    */
    
51. void 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. }

复制代码

        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。
   
10. 其他      : 无
    
11. 论坛      : www.openedv.com
    
12. 日志      : 初版V1.0 2019/1/4 左忠凯创建
    
13. ***************************************************************/
    
14. 
    
15. /* 定义按键值 */
    
16. enum keyvalue{
    
17.         KEY_NONE   =0,
    
18.         KEY0_VALUE,
    
19. };
    
20. 
    
21. /* 函数声明 */
    
22. void key_init(void);
    
23. int key_getvalue(void);
    
24. 
    
25. #endif

复制代码

        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
    
11. 论坛      : www.openedv.com
    
12. 日志      : 初版V1.0 2019/1/4 左忠凯创建
    
13. ***************************************************************/
    
14. 
    
15. /*
    
16.   * @description          : 初始化按键
    
17.   * @param                : 无
    
18.   * @return               : 无
    
19.   */
    
20. void 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.   */
    
50. int 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. }

复制代码

        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

1. /**************************************************************
   
2. Copyright ? zuozhongkai Co., Ltd. 1998-2019. All rights reserved.
   
3. 文件名   :    mian.c
   
4. 作者     : 左忠凯
   
5. 版本     : V1.0
   
6. 描述     : I.MX6U开发板裸机实验7 按键输入实验
   
7. 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
   
8. 开发板上的按键控制蜂鸣器的开关。
   
9. 论坛     : www.openedv.com
   
10. 日志     : 初版V1.0 2019/1/4 左忠凯创建
    
11. **************************************************************/
    
12.   #include "bsp_clk.h"
    
13.   #include "bsp_delay.h"
    
14.   #include "bsp_led.h"
    
15.   #include "bsp_beep.h"
    
16.   #include "bsp_key.h"
    
17. 
    
18. /*
    
19.    * @description          : main函数
    
20.    * @param                : 无
    
21.   * @return               : 无
    
22.   */
    
23. int main(void)
    
24. {
    
25.         int i =0;
    
26.         int keyvalue =0;
    
27.         unsignedchar led_state = OFF;
    
28.         unsignedchar beep_state = OFF;
    
29. 
    
30.         clk_enable();/* 使能所有的时钟        */
    
31.         led_init();/* 初始化led             */
    
32.         beep_init();/* 初始化beep            */
    
33.         key_init();/* 初始化key             */
    
34. 
    
35.         while(1)
    
36.         {
    
37.         keyvalue = key_getvalue();
    
38.         if(keyvalue)
    
39.         {
    
40.                 switch(keyvalue)
    
41.                 {
    
42.                         case KEY0_VALUE:
    
43.                 beep_state =!beep_state;
    
44.                 beep_switch(beep_state);
    
45.                 break;
    
46.                 }
    
47.         }
    
48.         i++;
    
49.         if(i==50)
    
50.         {
    
51.                 i =0;
    
52.                 led_state =!led_state;
    
53.                 led_switch(LED0, led_state);
    
54.         }
    
55.                 delay(10);
    
56.                 }
    
57.         return0;
    
58. }

复制代码

        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)

复制代码

        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：

1. <div align="left">chmod 777 imxdownload                        //<font face="宋体">给予</font><font face="Times New Roman">imxdownload</font><font face="宋体">可执行权限，一次即可</font></div><div align="left">./imxdownload key.bin /dev/sdd                //<font face="宋体">烧写到</font>SD卡中</div>

复制代码

        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。

宇智波白

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