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第十三章 APP怎么读取按键值

APP读取按键值，需要有按键驱动程序。
为什么要讲按键驱动程序？
APP去读按键的方法有 4种：
① 查询方式
② 休眠-唤醒方式
③ poll方式
④ 异步通知方式
通过这 4种方式的学习，我们可以掌握如下知识：
① 驱动的基本技能：中断、休眠、唤醒、poll等机制。
这些基本技能是驱动开发的基础，其他大型驱动复杂的地方是它的框架及设计思想，但是基本技术就这些。
② APP开发的基本技能：阻塞 、非阻塞、休眠、poll、异步通知。

13.1 妈妈怎么知道孩子醒了

妈妈怎么知道卧室里小孩醒了？
① 时时进房间看一下：查询方式
简单，但是累
② 进去房间陪小孩一起睡觉，小孩醒了会吵醒她：休眠-唤醒
不累，但是妈妈干不了活了
③ 妈妈要干很多活，但是可以陪小孩睡一会，定个闹钟：poll方式 要浪费点时间，但是可以继续干活。
妈妈要么是被小孩吵醒，要么是被闹钟吵醒。
④ 妈妈在客厅干活，小孩醒了他会自己走出房门告诉妈妈：异步通知 妈妈、小孩互不耽误。
这 4种方法没有优劣之分，在不同的场合使用不同的方法。

13.2 APP读取按键的4种方法

跟上述生活场景类似，APP去读取按键也有 4种方法：
① 查询方式
② 休眠-唤醒方式
③ poll方式
④ 异步通知方式
第 2、3、4种方法，都涉及中断服务程序。中断，就像小孩醒了会哭闹一样，中断不经意间到来，它会做某些事情：唤醒 APP、向 APP发信号。
所以，在按键驱动程序中，中断是核心。
实际上，中断无论是在单片机还是在 Linux中都很重要。在 Linux中，中断的知识还涉及进程、线程等。

13.2.1 查询方式

这种方法最简单：

驱动程序中构造、注册一个 file_operations结构体，里面提供有对应的 open,read函数。APP调用open时，导致驱动中对应的 open函数被调用，在里面配置 GPIO为输入引脚。APP调用 read时，导致驱动中对应的 read函数被调用，它读取寄存器，把引脚状态直接返回给 APP。

13.2.2 休眠-唤醒方式

驱动程序中构造、注册一个 file_operations结构体，里面提供有对应的 open,read函数。
APP调用 open时，导致驱动中对应的 open函数被调用，在里面配置 GPIO为输入引脚；并且注册 GPIO的中断处理函数。

APP调用 read时，导致驱动中对应的 read函数被调用，如果有按键数据则直接返回给 APP；否则 APP在内核态休眠。
当用户按下按键时，GPIO中断被触发，导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据，并唤醒休眠中的 APP。
APP被唤醒后继续在内核态运行，即继续执行驱动代码，把按键数据返回给 APP(的用户空间)。

13.2.3 poll方式

上面的休眠-唤醒方式有个缺点：如果用户一直没操作按键，那么 APP就会永远休眠。 我们可以给 APP定个闹钟，这就是 poll方式。

驱动程序中构造、注册一个 file_operations结构体，里面提供有对应的 open,read,poll函数。
APP调用 open时，导致驱动中对应的 open函数被调用，在里面配置 GPIO为输入引脚；并且注册 GPIO的中断处理函数。
APP调用 poll或 select函数，意图是“查询”是否有数据，这 2个函数都可以指定一个超时时间，即在这段时间内没有数据的话就返回错误。这会导致驱动中对应的 poll函数被调用，如果有按键数据则直接返回给 APP；否则 APP在内核态休眠一段时间。
当用户按下按键时，GPIO中断被触发，导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据，并唤醒休眠中的 APP。
如果用户没按下按键，但是超时时间到了，内核也会唤醒 APP。
所以 APP被唤醒有 2种原因：用户操作了按键，超时。被唤醒的 APP在内核态继续运行，即继续执行驱动代码，把“状态”返回给 APP(的用户空间)。
APP得到 poll/select函数的返回结果后，如果确认是有数据的，则再调用 read函数，这会导致驱动中的 read函数被调用，这时驱动程序中含有数据，会直接返回数据。

13.2.4 异步通知方式

13.2.4.1 异步通知的原理：发信号

异步通知的实现原理是：内核给 APP发信号。信号有很多种，这里发的是 SIGIO。

驱动程序中构造、注册一个 file_operations结构体，里面提供有对应的 open,read,fasync函数。
APP调用 open时，导致驱动中对应的 open函数被调用，在里面配置 GPIO为输入引脚；并且注册 GPIO的中断处理函数。
APP给信号 SIGIO注册自己的处理函数：my_signal_fun。
APP调用 fcntl函数，把驱动程序的 flag改为 FASYNC，这会导致驱动程序的 fasync函数被调用，它只是简单记录进程 PID。
当用户按下按键时，GPIO中断被触发，导致驱动程序之前注册的中断服务程序被执行。它会记录按键数据，然后给进程 PID发送 SIGIO信号。
APP收到信号后会被打断，先执行信号处理函数：在信号处理函数中可以去调用 read函数读取按键值。
信号处理函数返回后，APP会继续执行原先被打断的代码。

13.2.4.2 应用程序之间发信号示例代码

使用 GIT下载所有源码后，本节源码位于如下目录：

01_all_series_quickstart\ 
05_嵌入式 Linux驱动开发基础知识\source\03_signal_example 

代码并不复杂，如下。
第 13行注册信号处理函数，第 15行就是一个无限循环。在它运行期间，你可以用另一个 APP发信号给它。

01 #include <stdio.h> 
02 #include <unistd.h> 
03 #include <signal.h> 
04 void my_sig_func(int signo) 
05 { 
06     printf("get a signal : %d\n", signo); 
07 } 
08 
09 int main(int argc, char **argv) 
10 { 
11     int i = 0; 
12 
13     signal(SIGIO, my_sig_func); 
14 
15     while (1) 
16     { 
17         printf("Hello, world %d!\n", i++); 
18         sleep(2); 
19     } 
20 
21     return 0; 
22 } 

在 Ubuntu上的测试方法：

$ gcc   -o   signal  signal.c   // 编译程序 
$ ./signal &                   // 后台运行 
$ ps  -A | grep signal          // 查看进程 ID，假设是 9527 $ kill  -SIGIO  9527           // 给这个进程发信号 

13.2.5 驱动程序提供能力，不提供策略
我们的驱动程序可以实现上述 4种提供按键的方法，但是驱动程序不应该限制 APP使用哪种方法。
这就是驱动设计的一个原理：提供能力，不提供策略。就是说，你想用哪种方法都行，驱动程序都可以提供；但是驱动程序不能限制你使用哪种方法。