Linux之ARM（MX6U）裸机按键输入实验（GPIO的输出与输入）
Linux之ARM（MX6U）裸机按键输入实验（GPIO读取）
前面几篇文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)。本篇文章通过这个按键来控制蜂鸣器的开关
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。
I.MX6U-ALPHA 开发板上有一个按键 KEY0，本篇文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
2、硬件原理图分析
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：
从图可以看出，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。
配置寄存器位GPIO：
配置寄存器的电器属性：
| 位 | 描述 |
|---|---|
| bit 16 | 0 HYS 关闭 |
| bit [15:14] | 11 默认 22K 上拉 |
| bit [13] | 1 pull 功能 |
| bit [12] | 1 pull/keeper 使能 |
| bit [11] | 0 关闭开路输出 |
| bit [7:6] | 10 速度 100Mhz |
| bit [5:3] | 000 关闭输出 |
| bit [0] | 0 低转换率 |
3、实验程序的编写
本次实在在上一次实验的基础上完成（蜂鸣器实验），我们把上一篇的代码复制一份，在上面做修改，
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，本次试验我们对 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
3.1、bsp_gpio.h
#ifndef __BSP_KEY_H
#define __BSP_KEY_H
#include "imx6ul.h"
typedef enum _gpio_pin_direction {
kGPIO_DigitalInput = 0U, /*输入*/
kGPIO_DigitalOutput = 1U, /*输出*/
}gpio_pin_direction_t;
typedef struct _gpio_pin_config {
gpio_pin_direction_t direction; /*gpio方向：输入还是输出*/
uint8_t outputLogic; /*如果是输出的话，默认输出低电平*/
}gpio_pin_config_t;
void gpio_init(GPIO_Type *base,int pin, gpio_pin_config_t *config);
int gpio_pinread(GPIO_Type *base,int pin);
void gpio_pinwrite(GPIO_Type *base,int pin,int value);
#endif // !__BSP_KEY_H
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
3.2、bsp_gpio.c
#include "bsp_gpio.h"
/*
* @description : GPIO 初始化。
* @param - base : 要初始化的 GPIO 组。
* @param - pin : 要初始化 GPIO 在组内的编号。
* @param - config : GPIO 配置结构体。
* @return : 无
*/
void gpio_init(GPIO_Type *base,int pin, gpio_pin_config_t *config)
{
if(config->direction == kGPIO_DigitalInput) /*输入*/
{
base->GDIR &= ~(1 << pin);
}
else /*输出*/
{
base->GDIR |= (1 << pin);
gpio_pinwrite(&base,pin,config->outputLogic); /*默认输出电平*/
}
}
/*
* @description : 读取指定 GPIO 的电平值 。
* @param – base : 要读取的 GPIO 组。
* @param - pin : 要读取的 GPIO 脚号。
* @return : 无
*/
int gpio_pinread(GPIO_Type *base,int pin)
{
return (((base->DR) >> pin) & 0x1);
}
/*
* @description : 指定 GPIO 输出高或者低电平 。
* @param – base : 要输出的的 GPIO 组。
* @param - pin : 要输出的 GPIO 脚号。
* * @param – value : 要输出的电平， 1 输出高电平， 0 输出低低电平
* @return : 无
*/
void gpio_pinwrite(GPIO_Type *base,int pin,int value)
{
if(value == 0U)
{
base->DR &= ~(1U<<pin); /*输出低电平*/
}
else
{
base->DR |= (1U << pin); /*输出高电平*/
}
}
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：
| 参数 | 含义 |
|---|---|
| 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：
| 参数 | 含义 |
|---|---|
| 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：
| 参数 | 含义 |
|---|---|
| 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
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
3.3、gpio_key.h
#ifndef __BSP_KEY_H
#define __BSP_KEY_H
#include "imx6ul.h"
#include "bsp_delay.h"
/*定义按键值*/
enum keyvalue {
KEY_NONE =0,
KEY_VALUE ,
};
/*函数声明*/
void key_init();
int key_get_value();
#endif // !__BSP_KEY_H
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.MX6UALPHA 开发板上只有一个按键，因此枚举类型里面只到 KEY0_VALUE
3.4、gpio_key.c
#include "bsp_key.h"
/*
* @description : 初始化按键
* @param : 无
* @return : 无
*/
void key_init(void)
{
gpio_pin_config_t key_config;
/* 1、初始化 IO 复用, 复用为 GPIO1_IO18 */
IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_UART1_CTS_B_GPIO1_IO18, 0);
/* 2、、配置 UART1_CTS_B 的 IO 属性
*bit 16:0 HYS 关闭
*bit [15:14]: 11 默认 22K 上拉
*bit [13]: 1 pull 功能
*bit [12]: 1 pull/keeper 使能
*bit [11]: 0 关闭开路输出
*bit [7:6]: 10 速度 100Mhz
*bit [5:3]: 000 关闭输出
*bit [0]: 0 低转换率
*/
IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_UART1_CTS_B_GPIO1_IO18,0xf080);
/* 3、初始化 GPIO GPIO1_IO18 设置为输入*/
key_config.direction=kGPIO_DigitalInput;
gpio_init(GPIO1,18,&key_config);
}
/*
* @description : 获取按键值
* @param : 无
* @return : 0 没有按键按下，其他值:对应的按键值
*/
int key_get_value(void)
{
int ret =0;
static unsigned char release =1; /*按键松开*/
if((release == 1) && (gpio_pin_read(GPIO1,18) == 0))
{
delay(10); /**/
release = 0;
if(gpio_pin_read(GPIO1,18) == 0)
{
ret = KEY_VALUE;
}
}
else if(gpio_pin_read(GPIO1,18) == 1)
{
ret =0;
release = 1;
}
return ret;
}
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。
3.5、main.c
#include "main.h"
int main()
{
int i=0;
int keyvalue=0;
unsigned char led_status= OFF;
unsigned char beep_status= OFF;
clk_enable(); //使能外设时钟
led_init(); //初始化LED
init_beep();//初始化蜂鸣器
key_init(); //初始化key
while(1)
{
keyvalue = key_getvalue();
if(keyvalue)
{
switch (keyvalue)
{
case KEY_VALUE:
beep_status=!beep_status;
beep_switch(beep_status);
break;
default:
break;
}
}
i++;
if(i==50)
{
i=0;
led_status=!led_status;
led_switch(LED0,led_status);
}
}
return 0;
}
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。
4、编译下载验证
4.1、连接脚本的编写
SECTIONS
{
. = 0x87800000;
.text :
{
obj/start.o
*(.text)
}
.rodata ALIGN(4) : {*(.rodata*)}
.data ALIGN(4) : {*(.data)}
. = ALIGN(4) ;
__bss_start = .;
.bss ALIGN(4) : { *(.bss) *(COMMON)}
__bss_end = .;
}
这里注意bss段需要四字节对其，否则会清除其他字段的内容，造成程序的崩溃
4.2、Makefile的编写
CROSS_COMPILE ?= arm-linux-gnueabihf-
TARGET ?= key
CC := $(CROSS_COMPILE)gcc
LD := $(CROSS_COMPILE)ld
OBJCOPY := $(CROSS_COMPILE)objcopy
OBJDUMP := $(CROSS_COMPILE)objdump
INCDIRS := imx6ul \
bsp/clk \
bsp/led \
bsp/delay \
bsp/beep \
bsp/gpio \
bsp/key
SRCDIRS := project \
bsp/clk \
bsp/led \
bsp/delay \
bsp/beep \
bsp/key \
bsp/gpio
INCLUDE := $(patsubst %, -I %, $(INCDIRS))
SFILES := $(foreach dir, $(SRCDIRS), $(wildcard $(dir)/*.s))
CFILES := $(foreach dir, $(SRCDIRS), $(wildcard $(dir)/*.c))
SFILENDIR := $(notdir $(SFILES))
CFILENDIR := $(notdir $(CFILES))
SOBJS := $(patsubst %, obj/%, $(SFILENDIR:.s=.o))
COBJS := $(patsubst %, obj/%, $(CFILENDIR:.c=.o))
OBJS := $(SOBJS) $(COBJS)
VPATH := $(SRCDIRS)
.PHONY: clean
$(TARGET).bin : $(OBJS)
$(LD) -Timx6ul.lds -o $(TARGET).elf $^
$(OBJCOPY) -O binary -S $(TARGET).elf aaa@qq.com
$(OBJDUMP) -D -m arm $(TARGET).elf > $(TARGET).dis
$(SOBJS) : obj/%.o : %.s
$(CC) -Wall -nostdlib -c -O2 $(INCLUDE) -o aaa@qq.com $<
$(COBJS) : obj/%.o : %.c
$(CC) -Wall -nostdlib -c -O2 $(INCLUDE) -o aaa@qq.com $<
clean:
rm -rf $(TARGET).elf $(TARGET).dis $(TARGET).bin $(COBJS) $(SOBJS)
4.3、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：
chmod 777 imxdownload //给予 imxdownload 可执行权限，一次即可
./imxdownload key.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。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。
具体烧写过程请参考程序烧写到SD卡详情