如何理解和处理Linux系统中的按键中断？

在Linux系统中，按键中断是处理用户输入的一种有效方式，通过使用中断机制，系统能够在按键事件发生时立即响应，而无需持续轮询，从而提高了系统的响应速度和效率，下面将详细解释Linux按键中断的实现过程、相关函数及代码示例。

按键中断的实现步骤

1、获取中断号

首先需要确定按键对应的GPIO引脚及其中断号，这通常通过设备树或硬件手册获取。

2、申请中断

使用request_irq函数向内核注册中断处理函数，并申请相应的中断。

3、编写中断处理函数

中断处理函数负责在按键事件发生时执行特定操作，该函数应尽可能简短，以减少中断上下文中的时间消耗。

4、释放中断

当不再需要中断时，使用free_irq函数释放对中断的请求。

代码示例

以下是一个简单的按键中断处理程序示例，展示了如何在Linux驱动中实现按键中断功能。

#include <linux/module.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/fs.h>
#include <linux/uaccess.h>
#include <linux/io.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/interrupt.h>
#define IRQ_NAME "key_irq"
#define IRQ_CNT 1
#define KEY_NUM 1 
#define KEY0_VALUE 0x01  // key0按键值
#define INVAL_KEY_VALUE 0xFF  // 无效的按键值
struct key_dev {
    int gpio_number;        // IO编号
    int interrupt_number;   // 中断号
    unsigned char value;    // 键值
    unsigned char name[50]; // 按键名字
    irqreturn_t (*handler)(int, void*); // 中断处理函数
};
struct irq_dev {
    dev_t devid;  // 主设备号+次设备号
    int major;    // 主设备号
    int minor;    // 次设备号
    struct cdev cdev;
    struct class* class;
    struct device* device;
    struct device_node *dev_node; // 设备节点
    struct key_dev key[KEY_NUM];
};
struct irq_dev irq;
static int irq_dev_open(struct inode *inode, struct file *filp) {
    filp->private_data = &irq;
    return 0;
}
ssize_t irq_dev_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *ppos) {
    return 0;
}
int irq_dev_close(struct inode *inode, struct file *filp) {
    return 0;
}
static const struct file_operations irq_fops = {
    .open = irq_dev_open,
    .owner = THIS_MODULE,
    .read = irq_dev_read,
    .release = irq_dev_close,
};
static irqreturn_t key0_irq_handler(int irq, void *param) {
    int value = 0;
    struct irq_dev* dev = (struct irq_dev*)param;
    // 读取按键值
    value = gpio_get_value(dev->key[0].gpio_number);
    if (value == 0) { // 按键按下
        printk("KEY0 Press!
");
    } else if (value == 1) { // 按键释放
        printk("KEY0 Release!
");
    }
    return IRQ_HANDLED;
}
static int key_io_init(struct irq_dev* dev) {
    int ret = 0;
    int i = 0;
    int n = 0;
    /*1.获取设备节点 */
    dev->dev_node = of_find_node_by_path("/key");
    if (NULL == dev->dev_node) {
        printk("find dev_node failed!
");
        goto find_dev_node;
    }
    /*2.获取IO编号 */
    for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {   
        dev->key[i].gpio_number = of_get_named_gpio(dev->dev_node, "gpio", i);
        if (dev->key[i].gpio_number < 0) {
            printk("can't get gpio!r
");
            goto get_gpio;
        }
        printk("gpio num = %dr
", dev->key[i].gpio_number);
        /*3.配置为输入模式 */
        ret = gpio_direction_input(dev->key[i].gpio_number);
        if (ret < 0) {
            printk("set gpio direction failed!r
");
            goto set_dir;
        }
        /*4.获取中断号 */
        dev->key[i].interrupt_number = gpio_to_irq(dev->key[i].gpio_number);
        printk("irq is %d
", dev->key[i].interrupt_number);
        /*5.申请中断 */
        if (request_irq(dev->key[i].interrupt_number, key0_irq_handler, IRQF_TRIGGER_RISING, IRQF_ONESHOT, "gpio_irq", (void *)&irq)) {
            printk(KERN_ERR "Failed to request IRQ %d
", dev->key[i].interrupt_number);
            goto request_irq;
        }
    }
    return 0;
set_dir:
get_gpio:
find_dev_node:
    return -1;
}

中断处理函数的编写

中断处理函数key0_irq_handler是整个按键中断的核心部分，它主要完成以下任务：

读取当前按键的状态。

根据按键状态执行相应的操作（如打印信息）。

返回IRQ_HANDLED表示中断已处理。

static irqreturn_t key0_irq_handler(int irq, void *param) {
    int value = 0;
    struct irq_dev* dev = (struct irq_dev*)param;
    // 读取按键值
    value = gpio_get_value(dev->key[0].gpio_number);
    if (value == 0) { // 按键按下
        printk("KEY0 Press!
");
    } else if (value == 1) { // 按键释放
        printk("KEY0 Release!
");
    }
    return IRQ_HANDLED;
}

Linux中的按键中断是一种高效的处理用户输入的方式，通过合理配置和使用中断机制，可以显著提高系统的响应速度和性能，本文介绍了按键中断的基本概念、实现步骤以及一个具体的代码示例，希望能够帮助读者更好地理解和应用这一技术，在实际应用中，可以根据具体需求进一步优化和扩展按键中断的功能，例如添加按键的长按、双击等特性，以满足更复杂的应用场景。

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