GPIO按键输入—基于I.MX6UL嵌入式SoC

1、前言

在前面的文章《C语言裸机GPIO控制—基于I.MX6UL嵌入式SoC》中，链接如下：

https://www.cnblogs.com/Cqlismy/p/12445576.html

实现了I.MX6UL嵌入式SoC中通用输入/输出接口外设的输出功能，我们都知道I.MX6UL芯片上的IO口除了能作为输出，还能够作为输入，作为GPIO的输入功能后，能够读取到当前引脚的电平状态，最典型、最简单的应用就是按键，按键一般就两个状态，分别为按下和弹起，当我们将按键的另一端接到I.MX6UL上的IO引脚上，就可以通过读取这个IO引脚的电平值来判断当前按键状态是处于按下还是弹起状态。

2、GPIO按键输入原理

单个按键的硬件原理如下所示：

+E为目标板电源，为3.3V，按键K的另一端（Y）连接到I.MX6UL处理器的GPIO4_IO22这个IO引脚上面，GPIO4_IO22这个IO引脚复用功能为GPIO，方向为输入，默认上拉，当按键K未按下时，IO口的引脚状态为高电平，当按键K按下时，IO口直接和GND导通，所以此时IO口的引脚状态为低电平，由于按键的机械结构，当按键按下或者松开期间，会产生一定的抖动，所谓的抖动就是IO的电平会出现多次电平跳动，实际的按键波形图如上所示，如果我们不进行按键抖动消除处理的话，可能会产生误判的现象，有可能按键只按了一次，结果使用程序对IO口电平读取发现按键按下了多次。

使用软件进行消抖的最简单处理就是进行延时处理，延时跳过抖动时间后，再去读引脚的IO口电平，如果此时的IO电平为低，则说明按键确实是被按下了，有事件触发了，需要进行事件处理，一般的延时消抖时间大约10ms即可。

3、GPIO按键输入程序

对GPIO按键输入的实现原理有一定的了解后，接下来看看如何编程实现，编程思路如下：

• 使能相应的按键IO时钟；
• 设置IO口的复用模式为GPIO，设置GPIO方向为输入并设置IO引脚的电气属性；
• 主函数中读取GPIO的电平状态，判断是否有按键事件触发，如果有的话，进行相应的事件处理。

先修改gpio驱动模块的相关函数，bsp_gpio.h文件内容如下：

#ifndef __BSP_GPIO_H
#define __BSP_GPIO_H

#include "imx6ul.h"

/* GPIO方向定义 */
typedef enum _gpio_pin_direction {
    kGPIO_DigitalInput = 0U,    /* 表示GPIO方向输入 */
    kGPIO_DigitalOutput = 1U,   /* 表示GPIO方向输出 */
} gpio_pin_direction_t;

typedef struct _gpio_pin_config {
    gpio_pin_direction_t direction; /* GPIO的方向 */
    unsigned char value;  /* GPIO输出时默认引脚电平值 */
} gpio_pin_config_t;

/* GPIO操作函数相关声明 */
void gpio_init(GPIO_Type *base, int pin, gpio_pin_config_t *config);
int gpio_pin_read(GPIO_Type *base, int gpio);
void gpio_pin_write(GPIO_Type *base, int gpio, int value);

#endif

gpio操作的相关函数定义在bsp_gpio.c文件中，内容如下所示：

#include "bsp_gpio.h"

/**
 * gpio_init() - GPIO初始化函数
 * 
 * @base: 要初始化的GPIO组，例如：GPIO1、GPIO2
 * @pin: 要初始化的GPIO组的pin编号
 * @config: gpio引脚配置结构体
 * 
 * @return: 无
 */
void gpio_init(GPIO_Type *base, int pin, gpio_pin_config_t *config)
{
    if (config->direction == kGPIO_DigitalInput) /* GPIO方向为输入 */
        base->GDIR &= ~(1 << pin);
    else {
        base->GDIR |= (1 << pin);
        gpio_pin_write(base, pin, config->value);
    }
}

/**
 * gpio_pin_read() - 读取GPIO引脚的电平
 * 
 * @base: 要读取的GPIO组，例如：GPIO1、GPIO2
 * @pin: 要读取的GPIO组的pin编号
 * 
 * @return: 0表示低电平，1表示高电平
 */
int gpio_pin_read(GPIO_Type *base, int pin)
{
    return (((base->DR) >> pin) & 0x1);
}

/**
 * gpio_pin_write() - 设置GPIO引脚的电平
 * 
 * @base: 要设置的GPIO组，例如：GPIO1、GPIO2
 * @pin: 要设置的GPIO组的pin编号
 * @value: 引脚要设置的电平值：0->低电平，1->高电平
 * 
 * @return: 无
 */
void gpio_pin_write(GPIO_Type *base, int pin, int value)
{
    if (0 == value)
        base->DR &= ~(1 << pin); /* 引脚输出低电平 */
    else
        base->DR |= (1 << pin); /* 引脚输出高电平 */
}

gpio_init()函数用完成GPIO的初始化，主要是设置GPIO的方向，输入或者输出，如果GPIO的方向是输出的话，还要设置GPIO的默认输出电平，gpio_pin_read()函数用来读取相应的IO引脚的当前电平状态，是通过读取GPIOx_DR这个寄存器来实现的，gpio_pin_write()函数用来设置GPIO引脚的电平值，也是通过设置GPIOx_DR这个寄存器来实现的。

接下来，进入到bsp目录下，新创建key子目录，用来存放和按键功能相关的驱动文件：

$ cd bsp/bsp
$ mkdir key
$ cd key
$ touch bsp_key.h
$ touch bsp_key.c

bsp_key.h文件用来定义按键的键值以及一些函数声明，内容如下：

#ifndef __BSP_KEY_H
#define __BSP_KEY_H

#include "imx6ul.h"
#include "bsp_gpio.h"
#include "bsp_delay.h"

/* 定义按键值 */
enum _key_value {
    KEY_NONE = 0,
    KEY0_VALUE,
} key_value;

/* 和按键操作相关函数声明 */
void key_init(void);
int key_get_value(void);

#endif

按键驱动函数的实现在bsp_key.c中，内容如下：

#include "bsp_key.h"

/**
 * key_init() - 按键初始化函数
 * 
 * @return: 无
 */
void key_init(void)
{
    gpio_pin_config_t key_config;

    /* 设置CSI_DATA01引脚IO复用为GPIO4_IO22 */
    IOMUXC_SetPinMux(IOMUXC_CSI_DATA01_GPIO4_IO22, 0);

    /* 配置GPIO4_IO22引脚电气属性 
     * bit[16]: 0 关闭HYS
     * bit[15:14]: 11 pull up 22k
     * bit[13]: 1 pull
     * bit[12]: 1 pull/keeper使能
     * bit[11]: 0 禁止开路输出
     * bit[10:8] 000 reserved
     * bit[7:6]: 10 速度为100MHz
     * bit[5:3]: 000 关闭输出
     * bit[2:1]: 00 reserved
     * bit[0]: 0 低摆率
     */
    IOMUXC_SetPinConfig(IOMUXC_CSI_DATA01_GPIO4_IO22, 0xF080);

    /* 将按键相关的GPIO方向设置为输入 */
    key_config.direction = kGPIO_DigitalInput;
    key_config.value = 1;
    gpio_init(GPIO4, 22, &key_config);
}

/**
 * key_get_value() - 获取按键的键值
 * 
 * @return: 0表示没有按键按下，1表示按键按下
 */
int key_get_value(void)
{
    int ret = KEY_NONE;
    static unsigned char release = 1; /* 表示按键处于释放状态 */

    if ((release == 1) && (gpio_pin_read(GPIO4, 22) == 0)) { /* 按键按下 */
        delay(10);  /* 延时消抖 */
        if (gpio_pin_read(GPIO4, 22) == 0) {    /* 再次判断按键是否按下 */
            release = 0;
            ret = KEY0_VALUE;
        }
    } else if (gpio_pin_read(GPIO4, 22) == 1) { /* 按键未按下 */
        release = 1; /* 标记按键处于释放状态 */
        ret = KEY_NONE;
    }

    return ret;
}

key_init()函数用来完成按键IO口引脚的初始化，主要是完成IO口引脚的复用功能配置以及IO引脚的电气属性配置，最后，需要设置GPIO的方向为输入，key_get_value()函数则是用来获取按键的键值，当按键按下后，该函数返回1，当按键处于松开状态时，该函数返回0，主要是通过读取IO口引脚的电平状态来进行判断的，这就是按键的驱动函数。

app.c文件内容如下：

#include "bsp_clk.h"
#include "bsp_delay.h"
#include "bsp_gpio.h"
#include "bsp_led.h"
#include "bsp_key.h"

/**
 * main() - 主函数
 */
int main(void)
{
    int key_value = KEY_NONE;
    unsigned char led_state = OFF;

    system_clk_enable();   /* 外设时钟使能 */
    led_init();            /* LED灯初始化 */
    key_init();            /* 按键初始化 */

    while (1) {
        key_value = key_get_value();  /* 获取按键状态 */
        if (key_value == KEY0_VALUE) {
            led_state = !led_state;
            led_switch(led_state);
            key_value = KEY_NONE;
        }
        delay(10);
    }

    return 0;
}

在循环里面不断获取按键的状态，也就是获取GPIO引脚的电平状态，如果按键按下，对应的LED灯状态会进行相应的翻转。

4、小结

本文主要简单介绍了I.MX6UL嵌入式SoC中的GPIO外设作为输入时，如何进行IO口电平状态的读取，并以一个简单的按键输入实例进行介绍。