Linux之ARM（IMX6U）裸机按键输入实验（GPIO的输出与输入）

超、凢脫俗 2022-11-28 10:57 356阅读 0赞

### Linux之ARM（IMX6U）裸机按键输入实验（GPIO读取） ###

*  1、按键输入简介
 *  2、硬件原理图分析
 *  3、实验程序的编写
 *   *  3.1、bsp\_gpio.h
     *  3.2、bsp\_gpio.c
     *  3.3、gpio\_key.h
     *  3.4、gpio\_key.c
     *  3.5、main.c
 *  4、编译下载验证
 *   *  4.1、连接脚本的编写
     *  4.2、Makefile的编写
     *  4.3、编译下载

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：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]  
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：**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

**配置寄存器的电器属性：**

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>位</th> 
   <th>描述</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>bit 16</td> 
   <td>0 HYS 关闭</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>bit [15:14]</td> 
   <td>11 默认 22K 上拉</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>bit [13]</td> 
   <td>1 pull 功能</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>bit [12]</td> 
   <td>1 pull/keeper 使能</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>bit [11]</td> 
   <td>0 关闭开路输出</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>bit [7:6]</td> 
   <td>10 速度 100Mhz</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>bit [5:3]</td> 
   <td>000 关闭输出</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>bit [0]</td> 
   <td>0 低转换率</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

# 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][Link 1]），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：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>参数</th> 
   <th>含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>base</td> 
   <td>要初始化的 GPIO 所属于的 GPIO 组，比如 GPIO1_IO18 就属于 GPIO1 组。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>pin</td> 
   <td>要初始化 GPIO 在组内的标号，比如 GPIO1_IO18 在组内的编号就是 18。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>config</td> 
   <td>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。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>参数</th> 
   <th>含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>base</td> 
   <td>要读取的 GPIO 所属于的 GPIO 组，比如 GPIO1_IO18 就属于 GPIO1 组。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>pin</td> 
   <td>要读取的 GPIO 在组内的标号，比如 GPIO1_IO18 在组内的编号就是 18。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>返回值</td> 
   <td>读取到的 GPIO 值，为 0 或者 1。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>参数</th> 
   <th>含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>base</td> 
   <td>要设置的 GPIO 所属于的 GPIO 组，比如 GPIO1_IO18 就属于 GPIO1 组。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>pin</td> 
   <td>要设置的 GPIO 在组内的标号，比如 GPIO1_IO18 在组内的编号就是 18。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>value</td> 
   <td>要设置的值， 1(高电平)或者 0(低电平)。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

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:
    	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][SD]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221124/bca1faca73ff4618868ad6030e1d55ab.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221124/332ccaa2a1704c2192bd144b20f44fbb.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221124/a511c51c6fb04d02810f9bb2179a2d13.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 3]: /images/20221124/3931cac92e5143c28a56a6def635e182.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 4]: /images/20221124/8affe1c394d94f00bc26dcad90e44543.png
[Link 1]: https://blog.csdn.net/weixin_45309916/article/details/108032168
[SD]: https://blog.csdn.net/weixin_45309916/article/details/107883289