Linux 驱动入门（3）—— SR501（人体红外模块）驱动

前言

一、编译替换内核和设备树

二、SR501 人体红外模块介绍

三、SR501 人体红外模块驱动编写

前言

在这里主要记录学习韦东山老师Linux驱动课程的笔记，韦东山老师的驱动课程讲的非常好，想要学习驱动的小伙伴可以去b站学习他的课程。

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-CSDN博客

二、SR501 人体红外模块介绍

人体都有恒定的体温，一般在 37 度，所以会发出特定波长 10uM 左右的红外线，被动式红外探头就是靠探测人体发射的 10uM 左右的红外线而进行工作的。

人体发射的 10uM 左右的红外线通过菲泥尔滤光片增强后聚集到红外感应源上。红外感应源通常采用热释电元件，这种元件在接收到人体红外辐射温度发生变化时就会失去电荷平衡，向外释放电荷，后续电路经检测处理后就能产生报警信号。

人体红外模块是一种能够检测人或动物发射的红外线而输出电信号的传感器。

广泛应用于各种自动化控制装置中。比如常见的楼道自动开关、防盗报警等。如果有人在量程内运动，DO 引脚将会输出有效信号。市面上人体红外模块有很多，但其外形和原理都差不多。

实物和使用方法如下图所示，可以设置探测距离、延迟控制等： Linux 驱动入门（3）—— SR501（人体红外模块）驱动-LMLPHP

通过跳线来设置是否可以重复触发，默认为 L。其中 L 表示不可重复，H 表示可重复。含义如下： ① 不可重复触发方式：感应到人体并输出高电平后，延时时间一结束，输出将自动从高电平变为低电平。

② 重复触发方式：感应到人体后输出高电平后，在延时时间段内，如果有人体在其感应范围内活动，其输出将一直保持高电平，直到人离开后才延时将高电平变为低电平(感应模块检测到人体的每一次活动后会自动顺延一个延时时间段，并且以最后一次活动的时间为延时时间的起始点)。

可以通过电位器实现封锁时间和检测距离的调节：

① 调节检测距离：即有效距离的远近。调节距离电位器顺时针旋转，感应距离增大（约 7 米）；反之，感应距离减小（约 3 米）。

② 封锁时间：感应模块在每一次感应输出后(高电平变为低电平)，可以紧跟着设置一个封锁时间，在此时间段内感应器不接收任何感应信号。

此功能可以实现(感应输出时间和封锁时间)两者的间隔工作，可应用于间隔探测产品；同时此功能可有效抑制负载切换过程中产生的各种干扰。

调节延时电位器顺时针旋转，感应延时加长（约 300S），反之，感应延时减短（约 0.5S）。

三、SR501 人体红外模块驱动编写

以IMX6ULL为例，下图是跟红外模块的接口图：

Linux 驱动入门（3）—— SR501（人体红外模块）驱动-LMLPHP

GPIO4 ==> 第3组 ===> 起始编号 = 3*32 = 96
GPIO4_19的编号：96+19=115

接线图： Linux 驱动入门（3）—— SR501（人体红外模块）驱动-LMLPHP

从上面介绍我们可以知道当红外模块感应到人体后电平会先输出高电平再输出低电平，那我们可以用中断来判断是否感应成功。

驱动层编写思路：

注册函数申请GPIO中断，同时对应的反注册函数结束时就要释放GPIO中断
实现read函数获得应用层GPIO电平状态
实现中断处理函数

用到的函数：

gpio_to_irq
request_irq
free_irq
gpio_get_value

应用层编写思路：实现read读函数读取GPIO状态并打印出来。

驱动程代码：gpio_drv.c

#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[2] = {
    {115, 0, "sr501", },
};

/* 主设备号                                                                 */
static int major = 0;
static struct class *gpio_class;

/* 环形缓冲区 */
#define BUF_LEN 128
static int g_keys[BUF_LEN];
static int r, w;

struct fasync_struct *button_fasync;

#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(int key)
{
	if (!is_key_buf_full())
	{
		g_keys[w] = key;
		w = NEXT_POS(w);
	}
}

static int get_key(void)
{
	int key = 0;
	if (!is_key_buf_empty())
	{
		key = g_keys[r];
		r = NEXT_POS(r);
	}
	return key;
}


static DECLARE_WAIT_QUEUE_HEAD(gpio_wait);


/* 实现对应的open/read/write等函数，填入file_operations结构体                   */
static ssize_t gpio_drv_read (struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{
	//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	int err;
	int key;

	if (is_key_buf_empty() && (file->f_flags & O_NONBLOCK))
		return -EAGAIN;
	
	wait_event_interruptible(gpio_wait, !is_key_buf_empty());
	key = get_key();
	err = copy_to_user(buf, &key, 4);
	
	return 4;
}


static unsigned int gpio_drv_poll(struct file *fp, poll_table * wait)
{
	//printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
	poll_wait(fp, &gpio_wait, wait);
	return is_key_buf_empty() ? 0 : POLLIN | POLLRDNORM;
}

static int gpio_drv_fasync(int fd, struct file *file, int on)
{
	if (fasync_helper(fd, file, on, &button_fasync) >= 0)
		return 0;
	else
		return -EIO;
}


/* 定义自己的file_operations结构体                                              */
static struct file_operations gpio_key_drv = {
	.owner	 = THIS_MODULE,
	.read    = gpio_drv_read,
	.poll    = gpio_drv_poll,
	.fasync  = gpio_drv_fasync,
};


static irqreturn_t gpio_key_isr(int irq, void *dev_id)
{
	struct gpio_desc *gpio_desc = dev_id;
	int val;
	int key;

	printk("gpio_key_isr key %d irq happened\n", gpio_desc->gpio);

	val = gpio_get_value(gpio_desc->gpio);

	//printk("key_timer_expire key %d %d\n", gpio_desc->gpio, val);
	key = (gpio_desc->key) | (val<<8);
	put_key(key);
	wake_up_interruptible(&gpio_wait);
	kill_fasync(&button_fasync, SIGIO, POLL_IN);

	return IRQ_HANDLED;
}


/* 在入口函数 */
static int __init gpio_drv_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);

		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, "100ask_gpio_key", &gpio_key_drv);  /* /dev/gpio_desc */

	gpio_class = class_create(THIS_MODULE, "100ask_gpio_key_class");
	if (IS_ERR(gpio_class)) {
		printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
		unregister_chrdev(major, "100ask_gpio_key");
		return PTR_ERR(gpio_class);
	}

	device_create(gpio_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL, "sr501"); /* /dev/sr501 */
	
	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 gpio_drv_exit(void)
{
    int i;
    int count = sizeof(gpios)/sizeof(gpios[0]);
    
	printk("%s %s line %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);

	device_destroy(gpio_class, MKDEV(major, 0));
	class_destroy(gpio_class);
	unregister_chrdev(major, "100ask_gpio_key");

	for (i = 0; i < count; i++)
	{
		free_irq(gpios[i].irq, &gpios[i]);
	}
}


/* 7. 其他完善：提供设备信息，自动创建设备节点                                     */

module_init(gpio_drv_init);
module_exit(gpio_drv_exit);

MODULE_LICENSE("GPL");

应用层代码：button_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;

/*
 * ./button_test /dev/sr501
 *
 */
int main(int argc, char **argv)
{
	int val;
	
	/* 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, &val, 4) == 4)
			printf("get button: 0x%x\n", val);
		else
			printf("get button: -1\n");
	}


	close(fd);
	
	return 0;
}

Makefile：


# 1. 使用不同的开发板内核时, 一定要修改KERN_DIR
# 2. KERN_DIR中的内核要事先配置、编译, 为了能编译内核, 要先设置下列环境变量:
# 2.1 ARCH,          比如: export ARCH=arm64
# 2.2 CROSS_COMPILE, 比如: export CROSS_COMPILE=aarch64-linux-gnu-
# 2.3 PATH,          比如: export PATH=$PATH:/home/book/100ask_roc-rk3399-pc/ToolChain-6.3.1/gcc-linaro-6.3.1-2017.05-x86_64_aarch64-linux-gnu/bin 
# 注意: 不同的开发板不同的编译器上述3个环境变量不一定相同,
#       请参考各开发板的高级用户使用手册

KERN_DIR =  /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88 # 板子所用内核源码的目录

all:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
	$(CROSS_COMPILE)gcc -o button_test button_test.c
clean:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
	rm -rf modules.order  button_test

# 参考内核源码drivers/char/ipmi/Makefile
# 要想把a.c, b.c编译成ab.ko, 可以这样指定:
# ab-y := a.o b.o
# obj-m += ab.o



obj-m += gpio_drv.o

上机测试：

Linux 驱动入门（3）—— SR501（人体红外模块）驱动-LMLPHP

输入以下命令查看中断发生次数：

cat /proc/interrupts

Linux 驱动入门（3）—— SR501（人体红外模块）驱动-LMLPHP

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