Linux 驱动入门（6）—— IRDA（红外遥控模块）驱动

文章目录

一、编译替换内核和设备树
二、IRDA（红外遥控模块）
- 1. 红外遥控简介
- 2. 红外遥控器协议
- 3. 编程思路
三、驱动代码
- 1. GPIO 实现
- - 1.1 驱动层代码
  - 1.2 应用层代码
- 2. 设备树实现
- - 2.1 修改设备树
  - 2.2 驱动层代码
  - 2.3 应用层代码
- 3. 上机测试

一、编译替换内核和设备树

在编译驱动程序之前要先编译内核，原因有三点：

驱动程序要用到内核文件
编译驱动时用的内核、开发板上运行到内核，要一致
更换板子上的内核后，板子上的其他驱动也要更换

编译内核步骤看我之前写过的文章：

编译替换内核_设备树_驱动_IMX6ULL

二、IRDA（红外遥控模块）

1. 红外遥控简介

红外遥控被广泛应用于家用电器、工业控制和智能仪器系统中，像我们熟知的有电视机盒子遥控器、空调遥控器。红外遥控器系统分为发送端和接收端，如图下图所示：
在这里插入图片描述
发送端就是红外遥控器，上面有许多按键，当我们按下遥控器按键时，遥控器内部电路会进行编码和调制，再通过红外发射头，将信号以肉眼不可见的红外线发射出去。红外线线虽然肉眼不可见，但可以通过手机摄像头看到，常用该方法检查遥控器是否正常工作。
接收端是一个红外接收头，收到红外信号后，内部电路会进行信号放大和解调，再将数据传给板子上的 GPIO，板子收到数据后再解码才能确定是哪个按键被按下。

2. 红外遥控器协议

我们按下遥控器按键的时候，遥控器自动发送某个红外信号，接收头接收到红外信号，然后把红外信号转换成电平信号，通过IRD这根线，传给SOC。整个传输，只涉及单向传输，由HS0038向主芯片传送。
因此，我们只需要编写程序，从IRD上获取数据即可，在这之前，我们需要先了解下数据是怎么表示的，也就是传输的红外数据的格式。
红外协议有：NEC、SONY、RC5、RC6等，常用的就是NEC格式，因此我们主要对NEC进行讲解。在分析文章中的波形之前，我们先想象一下怎么在一条数据线上传输信号。开始传输数据之前，一般都会发出一个 start 起始信号，通知对方我开始传输数据了，后面就是每一位每一位的数据。
NEC 协议的开始是一段引导码：
在这里插入图片描述
这个引导码由一个9ms的低脉冲加上一个4.5ms的高脉冲组成，它用来通知接收方我要开始传输数据了。

然后接着的是数据，数据由4字节组成：地址、地址(取反)、数据、数据(取反)，取反是用来校验用的。
地址是指遥控器的ID，每一类遥控器的ID都不一样，这样就可以防止操控
电视的遥控器影响空调。数据就是遥控器上的不同按键值。
从前面的图可以知道，NEC每次要发32位（地址、地址取反、数据、数据取反，每个8位）的数据。数据的1和0，开始都是0.56ms的低脉冲，对于数据1，后面的高脉冲比较长，对于数据0，后面的高脉冲比较短。
在这里插入图片描述
第一次按下按键时，它会发出引导码，地址，地址取反，数据，数据取反。
如果这时还没松开按键，这就是“长按”，怎么表示“长按”？遥控器会发送一个不一样的引导码，这个引导码由9ms 的低脉冲，2.25ms 的高脉冲组成，表示现在按的还是上次一样的按键，也叫连发码，它会一直发送，直到松开。
在这里插入图片描述

3. 编程思路

知道红外遥控器协议后就可以开始编写程序了。
编程思路如下：

平时GPIO为高；
发现GPIO为低时，判断它有9ms的低电平；
对于引导码，或连发码，它们都有9ms的低电平，如下图：
分辨是引导码，还是连发码：
在 9ms 的低电平之后，判断高电平持续时间，引导码的高电平维持时间是4.5ms，连发码的高电平维持时间是2.25ms。
发现是连发码时，直接结束译码。
发现是引导码时，还得继续接收32位数据。
接收数据：
关键在于如何得到一位数据，看看下图：

先等待低电平结束，一直等到出现高电平；然后延时800us，读取GPIO值：这就是该位的数据值。

三、驱动代码

实现步骤：

1.记录中断发生的时刻；
2.累计中断次数；
3.次数达标后, 删除定时器, 解析数据, 放入buffer, 唤醒APP；

1. GPIO 实现

1.1 驱动层代码

irda_drv.c

#include "asm-generic/errno-base.h"
#include "linux/jiffies.h"
#include <linux/module.h>
#include <linux/poll.h>#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/timer.h>struct gpio_desc{int gpio;int irq;char *name;int key;struct timer_list key_timer;
} ;static struct gpio_desc gpios[] = {{115, 0, "irda", },
};/* 主设备号       */
static int major = 0;
static struct class *gpio_class;/* 环形缓冲区 */
#define BUF_LEN 128
static unsigned char g_keys[BUF_LEN];
static int r, w;struct fasync_struct *button_fasync;static u64 g_irda_irq_times[68];
static int g_irda_irq_cnt = 0;#define NEXT_POS(x) ((x+1) % BUF_LEN)static int is_key_buf_empty(void)
{return (r == w);
}static int is_key_buf_full(void)
{return (r == NEXT_POS(w));
}static void put_key(unsigned char key)
{if (!is_key_buf_full()){g_keys[w] = key;w = NEXT_POS(w);}
}static unsigned char get_key(void)
{unsigned char key = 0;if (!is_key_buf_empty()){key = g_keys[r];r = NEXT_POS(r);}return key;
}static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_wait);// static void key_timer_expire(struct timer_list *t)
static void key_timer_expire(unsigned long data)
{/* 超时 */g_irda_irq_cnt = 0;put_key(-1);put_key(-1);wake_up_interruptible(&gpio_wait);
}/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                   */
static ssize_t irda_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{unsigned char kern_buf[2] ;int err;if (size != 2)return -EINVAL;if (is_key_buf_empty() && (file->f_flags & O_NONBLOCK))return -EAGAIN;wait_event_interruptible(gpio_wait, !is_key_buf_empty());kern_buf[0] = get_key();  /* device */kern_buf[1] = get_key();  /* data   */if (kern_buf[0] == (unsigned char)-1  && kern_buf[1] == (unsigned char)-1)return -EIO;err = copy_to_user(buf, kern_buf, 2);return 2;
}/* 定义自己的file_operations结构体            */
static struct file_operations irda_fops = {.owner	 = THIS_MODULE,.read    = irda_read,
};static void parse_irda_datas(void)
{u64 time;int i;int m, n;unsigned char datas[4];unsigned char data = 0;int bits = 0;int byte = 0;/* 1. 判断前导码 : 9ms的低脉冲, 4.5ms高脉冲  */time = g_irda_irq_times[1] - g_irda_irq_times[0];if (time < 8000000 || time > 10000000){goto err;}time = g_irda_irq_times[2] - g_irda_irq_times[1];if (time < 3500000 || time > 55000000){goto err;}/* 2. 解析数据 */for (i = 0; i < 32; i++){m = 3 + i*2;n = m+1;time = g_irda_irq_times[n] - g_irda_irq_times[m];data <<= 1;bits++;if (time > 1000000){/* 得到了数据1 */data |= 1;}if (bits == 8){datas[byte] = data;byte++;data = 0;bits = 0;}}/* 判断数据正误 */datas[1] = ~datas[1];datas[3] = ~datas[3];if ((datas[0] != datas[1]) || (datas[2] != datas[3])){printk("data verify err: %02x %02x %02x %02x\n", datas[0], datas[1], datas[2], datas[3]);goto err;}put_key(datas[0]);put_key(datas[2]);wake_up_interruptible(&gpio_wait);return;err:g_irda_irq_cnt = 0;put_key(-1);put_key(-1);wake_up_interruptible(&gpio_wait);
}static int get_irda_repeat_datas(void)
{u64 time;/* 1. 判断重复码 : 9ms的低脉冲, 2.25ms高脉冲  */time = g_irda_irq_times[1] - g_irda_irq_times[0];if (time < 8000000 || time > 10000000){return -1;}time = g_irda_irq_times[2] - g_irda_irq_times[1];if (time < 2000000 || time > 2500000){return -1;}	return 0;
}static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{struct gpio_desc *gpio_desc = dev_id;u64 time;/* 1. 记录中断发生的时刻 */	time = ktime_get_ns();g_irda_irq_times[g_irda_irq_cnt] = time;/* 2. 累计中断次数 */g_irda_irq_cnt++;/* 3. 次数达标后, 删除定时器, 解析数据, 放入buffer, 唤醒APP */if (g_irda_irq_cnt == 4){/* 是否重复码 */if (0 == get_irda_repeat_datas()){/* device: 0, val: 0, 表示重复码 */put_key(0);put_key(0);wake_up_interruptible(&gpio_wait);kill_fasync(&button_fasync, SIGIO, POLL_IN);del_timer(&gpio_desc->key_timer);g_irda_irq_cnt = 0;return IRQ_HANDLED;}}if (g_irda_irq_cnt == 68){parse_irda_datas();del_timer(&gpio_desc->key_timer);g_irda_irq_cnt = 0;return IRQ_HANDLED;}/* 4. 启动定时器 */mod_timer(&gpio_desc->key_timer, jiffies + msecs_to_jiffies(100));return IRQ_HANDLED;
}/* 在入口函数 */
static int __init irda_init(void)
{int err;int i;int count = sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]);printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);for (i = 0; i < count; i++){		gpios[i].irq  = gpio_to_irq(gpios[i].gpio);setup_timer(&gpios[i].key_timer, key_timer_expire, (unsigned long)&gpios[i]);//timer_setup(&gpios[i].key_timer, key_timer_expire, 0);err = request_irq(gpios[i].irq, gpio_key_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, gpios[i].name, &gpios[i]);}/* 注册file_operations 	*/major = register_chrdev(0, "zgl_irda", &irda_fops);  /* /dev/gpio_desc */gpio_class = class_create(THIS_MODULE, "zgl_irda_class");if (IS_ERR(gpio_class)) {printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);unregister_chrdev(major, "zgl_irda");return PTR_ERR(gpio_class);}device_create(gpio_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "irda"); /* /dev/irda */return err;
}/* 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数*/
static void __exit irda_exit(void)
{int i;printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);device_destroy(gpio_class, MKDEV(major, 0));class_destroy(gpio_class);unregister_chrdev(major, "zgl_irda");for (i = 0; i < count; i++){free_irq(gpios[i].irq, &gpios[i]);del_timer(&gpios[i].key_timer);}
}/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点                                     */module_init(irda_init);
module_exit(irda_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zgl <919426896@qq.com>");

1.2 应用层代码

irda_test.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>static int fd;/** ./irda_test /dev/irda**/
int main(int argc, char **argv)
{unsigned char buf[2];/* 1. 判断参数 */if (argc != 2) {printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);return -1;}/* 2. 打开文件 */fd = open(argv[1], O_RDWR);if (fd == -1){printf("can not open file %s\n", argv[1]);return -1;}while (1){if (read(fd, buf, 2) == 2)printf("get irda: deivce 0x%02x, data 0x%02x\n", buf[0], buf[1]);elseprintf("get irda: -1\n");}close(fd);return 0;
}

2. 设备树实现

2.1 修改设备树

在这里插入图片描述

2.2 驱动层代码

irda_drv.c

#include "asm-generic/errno-base.h"
#include "linux/jiffies.h"
#include <linux/module.h>
#include <linux/poll.h>#include <linux/fs.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/miscdevice.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/major.h>
#include <linux/mutex.h>
#include <linux/proc_fs.h>
#include <linux/seq_file.h>
#include <linux/stat.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/tty.h>
#include <linux/kmod.h>
#include <linux/gfp.h>
#include <linux/gpio/consumer.h>
#include <linux/platform_device.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#include <linux/irq.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/fcntl.h>
#include <linux/timer.h>struct gpio_desc{int gpio;int irq;char name[128];int key;struct timer_list key_timer;
} ;static int count;
static struct gpio_desc *gpios;/* 主设备号       */
static int major = 0;
static struct class *gpio_class;/* 环形缓冲区 */
#define BUF_LEN 128
static unsigned char g_keys[BUF_LEN];
static int r, w;struct fasync_struct *button_fasync;static u64 g_irda_irq_times[68];
static int g_irda_irq_cnt = 0;#define NEXT_POS(x) ((x+1) % BUF_LEN)static int is_key_buf_empty(void)
{return (r == w);
}static int is_key_buf_full(void)
{return (r == NEXT_POS(w));
}static void put_key(unsigned char key)
{if (!is_key_buf_full()){g_keys[w] = key;w = NEXT_POS(w);}
}static unsigned char get_key(void)
{unsigned char key = 0;if (!is_key_buf_empty()){key = g_keys[r];r = NEXT_POS(r);}return key;
}static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_wait);// static void key_timer_expire(struct timer_list *t)
static void key_timer_expire(unsigned long data)
{/* 超时 */g_irda_irq_cnt = 0;put_key(-1);put_key(-1);wake_up_interruptible(&gpio_wait);
}/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                   */
static ssize_t irda_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{unsigned char kern_buf[2] ;int err;if (size != 2)return -EINVAL;if (is_key_buf_empty() && (file->f_flags & O_NONBLOCK))return -EAGAIN;wait_event_interruptible(gpio_wait, !is_key_buf_empty());kern_buf[0] = get_key();  /* device */kern_buf[1] = get_key();  /* data   */if (kern_buf[0] == (unsigned char)-1  && kern_buf[1] == (unsigned char)-1)return -EIO;err = copy_to_user(buf, kern_buf, 2);return 2;
}/* 定义自己的file_operations结构体            */
static struct file_operations irda_fops = {.owner	 = THIS_MODULE,.read    = irda_read,
};static void parse_irda_datas(void)
{u64 time;int i;int m, n;unsigned char datas[4];unsigned char data = 0;int bits = 0;int byte = 0;/* 1. 判断前导码 : 9ms的低脉冲, 4.5ms高脉冲  */time = g_irda_irq_times[1] - g_irda_irq_times[0];if (time < 8000000 || time > 10000000){goto err;}time = g_irda_irq_times[2] - g_irda_irq_times[1];if (time < 3500000 || time > 55000000){goto err;}/* 2. 解析数据 */for (i = 0; i < 32; i++){m = 3 + i*2;n = m+1;time = g_irda_irq_times[n] - g_irda_irq_times[m];data <<= 1;bits++;if (time > 1000000){/* 得到了数据1 */data |= 1;}if (bits == 8){datas[byte] = data;byte++;data = 0;bits = 0;}}/* 判断数据正误 */datas[1] = ~datas[1];datas[3] = ~datas[3];if ((datas[0] != datas[1]) || (datas[2] != datas[3])){printk("data verify err: %02x %02x %02x %02x\n", datas[0], datas[1], datas[2], datas[3]);goto err;}put_key(datas[0]);put_key(datas[2]);wake_up_interruptible(&gpio_wait);return;err:g_irda_irq_cnt = 0;put_key(-1);put_key(-1);wake_up_interruptible(&gpio_wait);
}static int get_irda_repeat_datas(void)
{u64 time;/* 1. 判断重复码 : 9ms的低脉冲, 2.25ms高脉冲  */time = g_irda_irq_times[1] - g_irda_irq_times[0];if (time < 8000000 || time > 10000000){return -1;}time = g_irda_irq_times[2] - g_irda_irq_times[1];if (time < 2000000 || time > 2500000){return -1;}	return 0;
}static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{struct gpio_desc *gpio_desc = dev_id;u64 time;/* 1. 记录中断发生的时刻 */	time = ktime_get_ns();g_irda_irq_times[g_irda_irq_cnt] = time;/* 2. 累计中断次数 */g_irda_irq_cnt++;/* 3. 次数达标后, 删除定时器, 解析数据, 放入buffer, 唤醒APP */if (g_irda_irq_cnt == 4){/* 是否重复码 */if (0 == get_irda_repeat_datas()){/* device: 0, val: 0, 表示重复码 */put_key(0);put_key(0);wake_up_interruptible(&gpio_wait);kill_fasync(&button_fasync, SIGIO, POLL_IN);del_timer(&gpio_desc->key_timer);g_irda_irq_cnt = 0;return IRQ_HANDLED;}}if (g_irda_irq_cnt == 68){parse_irda_datas();del_timer(&gpio_desc->key_timer);g_irda_irq_cnt = 0;return IRQ_HANDLED;}/* 4. 启动定时器 */mod_timer(&gpio_desc->key_timer, jiffies + msecs_to_jiffies(100));return IRQ_HANDLED;
}/* 在入口函数 */
static int gpio_drv_probe(struct platform_device *pdev)
{int err = 0;int i;struct device_node *np = pdev->dev.of_node;struct resource *res;printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);/* 从platfrom_device获得引脚信息 * 1. pdev来自c文件* 2. pdev来自设备树*/if (np){/* pdev来自设备树 : 示例reg_usb_ltemodule: regulator@1 {compatible = "100ask,gpiodemo";gpios = <&gpio5 5 GPIO_ACTIVE_HIGH>, <&gpio5 3 GPIO_ACTIVE_HIGH>;};*/count = of_gpio_count(np);if (!count)return -EINVAL;gpios = kmalloc(count * sizeof(struct gpio_desc), GFP_KERNEL);for (i = 0; i < count; i++){gpios[i].gpio = of_get_gpio(np, i);sprintf(gpios[i].name, "%s_pin_%d", np->name, i);}}else{/* pdev来自c文件 static struct resource omap16xx_gpio3_resources[] = {{.start  = 115,.end    = 115,.flags  = IORESOURCE_IRQ,},{.start  = 118,.end    = 118,.flags  = IORESOURCE_IRQ,},		};		*/count = 0;while (1){res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, count);if (res){count++;}else{break;}}if (!count)return -EINVAL;gpios = kmalloc(count * sizeof(struct gpio_desc), GFP_KERNEL);for (i = 0; i < count; i++){res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, i);gpios[i].gpio = res->start;sprintf(gpios[i].name, "%s_pin_%d", pdev->name, i);}}printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);for (i = 0; i < count; i++){		gpios[i].irq  = gpio_to_irq(gpios[i].gpio);setup_timer(&gpios[i].key_timer, key_timer_expire, (unsigned long)&gpios[i]);//timer_setup(&gpios[i].key_timer, key_timer_expire, 0);err = request_irq(gpios[i].irq, gpio_key_isr, IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING, gpios[i].name, &gpios[i]);}/* 注册file_operations 	*/major = register_chrdev(0, "zgl_irda", &irda_fops);  /* /dev/gpio_desc */gpio_class = class_create(THIS_MODULE, "zgl_irda_class");if (IS_ERR(gpio_class)) {printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);unregister_chrdev(major, "zgl_irda");return PTR_ERR(gpio_class);}device_create(gpio_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "irda"); /* /dev/irda */return err;}/* 有入口函数就应该有出口函数：卸载驱动程序时，就会去调用这个出口函数*/
static int gpio_drv_remove(struct platform_device *pdev)
{int i;printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);device_destroy(gpio_class, MKDEV(major, 0));class_destroy(gpio_class);unregister_chrdev(major, "zgl_irda");for (i = 0; i < count; i++){free_irq(gpios[i].irq, &gpios[i]);del_timer(&gpios[i].key_timer);}return 0;
}static const struct of_device_id gpio_dt_ids[] = {{ .compatible = "zgl,irda", },{ /* sentinel */ }
};static struct platform_driver gpio_platform_driver = {.driver		= {.name	= "zgl_irda_plat_drv",.of_match_table = gpio_dt_ids,},.probe		= gpio_drv_probe,.remove		= gpio_drv_remove,
};static int __init irda_drv_init(void)
{/* 注册platform_driver */return platform_driver_register(&gpio_platform_driver);
}static void __exit irda_drv_exit(void)
{/* 反注册platform_driver */platform_driver_unregister(&gpio_platform_driver);
}/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点                                     */module_init(irda_drv_init);
module_exit(irda_drv_exit);MODULE_LICENSE("GPL");
MODULE_AUTHOR("zgl <919426896@qq.com>");

2.3 应用层代码

irda_test.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>
#include <stdio.h>
#include <string.h>
#include <poll.h>
#include <signal.h>static int fd;/** ./irda_test /dev/irda**/
int main(int argc, char **argv)
{unsigned char buf[2];/* 1. 判断参数 */if (argc != 2) {printf("Usage: %s <dev>\n", argv[0]);return -1;}/* 2. 打开文件 */fd = open(argv[1], O_RDWR);if (fd == -1){printf("can not open file %s\n", argv[1]);return -1;}while (1){if (read(fd, buf, 2) == 2)printf("get irda: deivce 0x%02x, data 0x%02x\n", buf[0], buf[1]);elseprintf("get irda: -1\n");}close(fd);return 0;
}