8. GPIO输入—按键查询检测

按键检测使用到GPIO外设的基本输入功能，GPIO外设相关的概念请参考 第四章节汇编点亮LED灯。

本章主要内容：

  • i.MX 6U 在硬件上实现按键消抖

  • Pro开发板按键原理图和功能分析

  • 在led_rgb_c基础上修改为button

  • 编译代码，实现按键查询控制LED

8.1. 按键查询试验

8.1.1. 硬件设计

按键机械触点断开、闭合时，由于触点的弹性作用，按键开关不会马上稳定接通或一下子断开，使用按键 时会产生下图中的带波纹信号，需要用软件消抖处理滤波，不方便输入检测。

按键抖动 按键抖动

不过i.MX 6U的GPIO引脚带有施密特触发器功能，使用该功能可以对信号实现消抖处理，见下图硬件消抖， 从而简化了软件的工作，软件只需要直接检测引脚的电平即可。

硬件消抖

8.1.2. 硬件原理图分析

在Pro底板中包含了4个按键：

1、RST复位按键。

该按键连接至i.MX 6U的POR引脚，当该引脚为低电平时会引起i.MX6U芯片的复位（复位的基本现象是程序从头开始运行）。 从按键的原理图可知，该按键在没有被按下的时候，引脚状态为高电平，当按键按下时，引脚状态为低电平(按键所在的电路导通，引脚接到地)。 所以，平时POR_B引脚保持高电平，芯片正常运行，按下按键时产生复位。 如下所示。

RST复位按键

2、MODE按键

MODE按键最为特殊，它通过一系列电路连接至两个引脚BOOT_MODE[0]和BOOT_MODE[1]，当该按键按下时，BOOT_MODE[0]引脚状态为高电平， BOOT_MODE[1]则相反为低电平。BOOT_MODE[0]和BOOT_MODE[1]都具有GPIO的功能，即我们可以选取这二者中任意一个设置成GPIO的输入模式并检测相应的输入电平， 来判断按键是否被按下。MODE按键这样设计是为了方便切换芯片的启动方式，芯片复位启动后会检测这两个引脚的电平， 根据BOOT_MODE[0]和BOOT_MODE[1]的电平状态来选择FLASH还是USB的启动方式。 在本章实验中我们不使用该按键。MODE按键在原理图中的位置如下所示。

MODE按键

3、ON/OFF按键

该按键连接至i.MX 6U的ONOFF引脚，长按可以实现开关机。该按键不要用作普通按键使用。 ON/OFF按键在原理图中的位置如下图所示。

ON/OFF按键

4、KEY按键

该按键连接至SNVS_TAMPER1引脚，用作普通的按键。 本实验将用该按键实现GPIO输出功能。KEY按键在原理图中的位置如下图所示。

KEY按键

对这4个按键的信息及相应GPIO端口引脚号的总结具体见下表。

表 各个按键的信息及GPIO端口引脚号

按键

丝印编号

GPIO功能

按键按下时的电平

其它功能

RST复位按键

SW1

不支持

低电平

复位芯片

ON/OFF按键

SW3

不支持

低电平

从低功耗唤醒

MODE按键

SW4

支持

BOOT_MODE[0]与BOOT_MODE[1]相反

选择芯片启动方式

KEY按键

SW2

支持

低电平

无

若你使用的实验板按键的连接方式或引脚不一样，只需根据我们的工程修改引脚即可，程序的控制原理相同。

8.2. 实验代码讲解

本章的示例代码目录为：base_code/bare_metal/button

野火裸机下载工具download_tool路径为：base_code/bare_metal/download-tool/download-tool.tar.bz2

为简化程序设计，本程序在LED程序基础上修改。我们重点介绍修改的部分，其他与LED章节相同。

8.2.1. 编程思路

  1. 初始化按键使用到的GPIO引脚。

  2. 编写简单的按键检测函数。

  3. 查询按键控制LED。

  4. 修改makefile文件。

8.2.2. 代码分析

8.2.2.1. 在RGB灯代码上修改

本程序在RGB等程序基础上修改，复制“base_code/bare_metal/led_rgb_c” 为“base_code/bare_metal/button”，如下图所示。

复制led_rgb_c

将文件“led.c”和“led.lds”分别修改为“button.c”和“button.lds”，添加按键代码我们只需要修改“makefile”文件以及“button.c”文件。

8.2.2.2. 修改button.c

与led灯引脚设置方法相同，只是配置稍有不同，具体代码如下所示，这里只列出了按键相关的代码，完整代码请参考本章配套例程。

添加按键初始化代码
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/*按键2 GPIO端口、引脚号及IOMUXC复用宏定义*/
#define button2_GPIO               GPIO5
#define button2_GPIO_PIN           (1U)
#define button2_IOMUXC             IOMUXC_SNVS_SNVS_TAMPER1_GPIO5_IO01

/* 按键PAD配置 */
#define button_PAD_CONFIG_DATA            (SRE_0_SLOW_SLEW_RATE| \
                                    DSE_6_R0_6| \
                                    SPEED_2_MEDIUM_100MHz| \
                                    ODE_0_OPEN_DRAIN_DISABLED| \
                                    PKE_0_PULL_KEEPER_DISABLED| \
                                    PUE_0_KEEPER_SELECTED| \
                                    PUS_0_100K_OHM_PULL_DOWN| \
                                    HYS_1_HYSTERESIS_ENABLED)
/* 配置说明 : */
/* 转换速率: 转换速率慢
   驱动强度: R0/6
   带宽配置 : medium(100MHz)
   开漏配置: 关闭
   拉/保持器配置: 关闭
   拉/保持器选择: 保持器（上面已关闭，配置无效）
   上拉/下拉选择: 100K欧姆下拉（上面已关闭，配置无效）
   滞回器配置: 开启 */

int main()
{
   /*以下省略RGB灯初始化相关的代码*/
   ...
   /*按键初始化*/
   CCM_CCGR1_CG15(0x3);  //开启GPIO5的时钟

   /*设置 绿灯 引脚的复用功能以及PAD属性*/
   IOMUXC_SetPinMux(RGB_GREEN_LED_IOMUXC,0);
   IOMUXC_SetPinConfig(RGB_GREEN_LED_IOMUXC, button_PAD_CONFIG_DATA);

   GPIO5->GDIR &= ~(1<<1);  //设置GPIO5_01为输入模式

   while(1)
   {
      if((GPIO5->DR)&(1<<1))
      {
         delay(0xFF);
         if((GPIO5->DR)&(1<<1))
         {
            /*有按键按下，执行绿色led灯翻转*/
            if((GPIO4->DR)&(1<<20))
            {
               GPIO4->DR &= ~(1<<20);    //绿灯亮
               while((GPIO5->DR)&(1<<1));//等待按键松开
            }
            else
            {
               GPIO4->DR |= (1<<20);     //绿灯灭
               while((GPIO5->DR)&(1<<1));//等待按键松开
            }
         }
      }
   }
   return 0;
}

结合代码各部分简单说明如下：

  • 第2-4行： 定义按键使用到的引脚。

  • 第7-14行： 设置按键引脚的PAD属性，与LED灯引脚PAD属性差别是这里开启了滞回器的功能。

  • 第30-36行： 开启GPIO5的时钟并初始化按键引脚。与LED引脚初始化不同这里将引脚设置为输入。

  • 第38-58行： 在while(1)死循环中检测按键的状态，如果按键按下则翻转绿灯状态并等待按键松开。

8.3. 实验准备

8.3.1. 编译试验代码

8.3.1.1. 修改makefile

makefile文件主要是修改文件名，将“led”修改为button，其他内容并没有修改，修改过的makefile 如下所示。

makefile 文件
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all: start.o button.o
arm-none-eabi-ld -Tbutton.lds $^ -o button.elf
arm-none-eabi-objcopy -O binary -S -g button.elf button.bin
%.o : %.S
arm-none-eabi-gcc -g -c $^ -o start.o
%.o : %.c
arm-none-eabi-gcc -g -c $^ -o button.o

 .PHONY: clean
 clean:
 rm *.o *.elf *.bin

为简化难度暂时这样修改，后面章节将会介绍更简单易用的修改方式。

8.3.1.2. 编译代码

程序编写完成后，在“button” 文件夹下执行make命令，makefile工具便会自动完成程序的编译、链接、格式转换等工作。 正常情况下我们可以在当前目录看到生成的一些中间文件以及我们期待的.bin文件。

8.3.2. 烧录试验程序

在编译下载官方SDK程序到开发板章节我们详细讲解了如何将二进制文件烧写到SD卡（烧写工具自动实现为二进制文件添加头）。这里再次说明下载步骤。

  • 将一张空SD卡（烧写一定会破坏SD卡中原有数据！！！烧写前请保存好SD卡中的数据），接入电脑后在虚拟机的右下角状态栏找到对应的SD卡。将其连接到虚拟机。

  • 进入烧写工具目录，执行“./mkimage.sh <烧写文件路径>”命令,button.bin位于home目录下，则烧写命令为“./mkimage.sh /home/button.bin”。

  • 执行上一步后会列出linux下可烧写的磁盘，选择你插入的SD卡即可。这一步非常危险！！！一定要确定选择的是你插入的SD卡！！，如果选错很可能破坏你电脑磁盘内容，造成数据损坏！！！。确定磁盘后SD卡以“sd”开头，选择“sd”后面的字符即可。例如要烧写的sd卡是“sdb”则输入“b”即可。

8.4. 程序运行结果

按下KEY按键，LED绿灯亮，再按则绿灯灭。

实验效果