2021年10月27日 | Linux之ARM（IMX6U）裸机按键输入实验（GPIO的输出与输入）

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：

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<

    }

    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：

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：

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：

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 $@

$(OBJDUMP) -D -m arm $(TARGET).elf > $(TARGET).dis

$(SOBJS) : obj/%.o : %.s

$(CC) -Wall -nostdlib -c -O2  $(INCLUDE) -o $@ $<

$(COBJS) : obj/%.o : %.c

$(CC) -Wall -nostdlib -c -O2  $(INCLUDE) -o $@ $<

clean:

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。