Linux驱动开发基础(IRDA 红外遥控模块)

news2024/9/21 18:44:23

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目录

1.红外遥控简介

2.硬件设计

3.软件设计

4. 示例代码

4.1 驱动代码

4.2 Makefile

4.3 实验效果

1.红外遥控简介

红外遥控被广泛应用于家用电器、工业控制和智能仪器系统中，像我们熟知的有电视机盒子遥控器、空调遥控器。红外遥控器系统分为发送端和接收端，如下图所示。

发送端就是红外遥控器，上面有许多按键，当我们按下遥控器按键时，遥控器内部电路会进行编码和调制，再通过红外发射头，将信号以肉眼不可见的红外线发射出去。红外线线虽然肉眼不可见，但可以通过手机摄像头看到，常用该方法检查遥控器是否正常工作。

接收端是一个红外接收头，收到红外信号后，内部电路会进行信号放大和解调，再将数据传给板子上的 GPIO，板子收到数据后再解码才能确定是哪个按键被按下。

2.硬件设计

IRDA 红外接收头，只需要一个GPIO即可实现数据的传输，这种传输协议叫做“1-Wire单总线”。顾名思义，即只有一根数据线，系统中的数据交换、控制都由这根线完成。

原理图中的U1（HS0038）即为IRDA红外接收头，1脚VDD接到了3V3，2 脚GND接到了GND，3脚IRD外接GPIO。

3.软件设计

我们按下遥控器按键的时候，遥控器自动发送某个红外信号，接收头接收到红外信号，然后把红外信号转换成电平信号，通过IRD这根线，传给SOC。整个传输，只涉及单向传输，由HS0038向主芯片传送。

红外协议有：NEC、SONY、RC5、RC6等，常用的就是NEC格式，因此我们主要对NEC进行讲解。

NEC 协议的开始是一段引导码：

这个引导码由一个9ms的低脉冲加上一个4.5ms的高脉冲组成，它用来通知接收方我要开始传输数据了。

然后接着的是数据，数据由4字节组成：地址、地址(取反)、数据、数据(取反)，取反是用来校验用的。

地址是指遥控器的ID，每一类遥控器的ID都不一样，这样就可以防止操控电视的遥控器影响空调。数据就是遥控器上的不同按键值。

从前面的图可以知道，NEC每次要发32位（地址、地址取反、数据、数据取反，每个8位）的数据。数据的1和0，开始都是0.56ms的低脉冲，对于数据1，后面的高脉冲比较长，对于数据0，后面的高脉冲比较短。

第一次按下按键时，它会发出引导码，地址，地址取反，数据，数据取反。

但当我们一直按着按键不松的时候，会触发连发码(重复码)，这个连发码由9ms的低脉冲，2.25ms 的高脉冲组成， 表示现在按的还是上次一样的按键

4. 示例代码

4.1 驱动代码

#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>
#include <linux/workqueue.h>
#include <asm/current.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ktime.h>
#include <linux/version.h>



static int major;
static struct class* hs0038_class;
static struct gpio_desc *gpio_hs0038_pin;
static int irq;
static wait_queue_head_t hs0038_wq;
static u64 hs0038_edge_time[100];
static int hs0038_edge_cnt = 0;
static unsigned int hs0038_data = 0;  

int hs0038_parse_data(unsigned int *val)
{
	u64 tmp;
	unsigned char data[4];
	int i, j, m;
	// 判断是否是连发码(重复码)
	if(hs0038_edge_cnt == 4)
	{
		tmp = hs0038_edge_time[1] - hs0038_edge_time[0];
		if(tmp > 8000000 && tmp < 10000000)
		{
			tmp = hs0038_edge_time[2] - hs0038_edge_time[1];
			if(tmp < 3000000)
			{
				*val = hs0038_data;
				return 0;
			}
		}
	}
    // m表示中断数
 	m = 3;
	if(hs0038_edge_cnt >= 68) // 68是4 + 64 64表示接收一个数据产生两次中断，4是两次的引导码
	{
		for(i = 0; i < 4; i++) // 4个字节的数据
		{
			data[i] = 0; // 清空数组
			for(j = 0; j < 8; j++) 
			{
				if(hs0038_edge_time[m+1] - hs0038_edge_time[m] > 1000000) // 高电平持续超过1ms表示数据1
					data[i] |= (1 << j);
				m += 2;// 中断次数加2
			}
		}
		// 校验数据
		data[1] = ~data[1];
		if(data[0] != data[1])
		{
			return -2;
		}

		data[3] = ~data[3];
		if(data[2] != data[3])
		{
			return -2;
		}

		hs0038_data = (data[0] << 8) | data[2];
		*val = hs0038_data;
		return 0;
		}
		else{
			return -1;
		}

}

static irqreturn_t hs0038_isr(int irq, void * dev_id)
{
	unsigned int val;
	int ret;
	
#if (LINUX_VERSION_CODE >= KERNEL_VERSION(5, 0, 0))
	hs0038_edge_time[hs0038_edge_cnt++] = ktime_get_boottime_ns();
#else
	hs0038_edge_time[hs0038_edge_cnt++] = ktime_get_boot_ns();
#endif
	// 判断超时
	if(hs0038_edge_cnt >= 2)
	{
		if(hs0038_edge_time[hs0038_edge_cnt-1] - hs0038_edge_time[hs0038_edge_cnt-2] > 6000000)
		{
			hs0038_edge_time[0] = hs0038_edge_time[hs0038_edge_cnt-1];
			hs0038_edge_cnt = 1;
			return IRQ_HANDLED; // IRQ_WAKE_THREAD;
		}

	}

	ret = hs0038_parse_data(&val);
	if (!ret)
	{
		/* 解析成功 */
		hs0038_edge_cnt = 0;
		printk("get ir code = 0x%x\n", val);		
	}
	else if (ret == -2)
	{
		/* 解析失败 */
		hs0038_edge_cnt = 0;
	}
	
	return IRQ_HANDLED;
}



static ssize_t hs0038_read(struct file *file, char __user *buf, size_t size, loff_t *offset)
{

	return 0;
}

static unsigned int hs0038_poll (struct file *file, struct poll_table_struct *wait)
{

	return 0;
}
static struct file_operations hs0038_opes = {
	.owner = THIS_MODULE,
	.read = hs0038_read,
	.poll = hs0038_poll,
};


static int hs0038_probe(struct platform_device *pdev)
{
	int err;
	gpio_hs0038_pin = gpiod_get(&pdev->dev,NULL,0); 

	irq = gpiod_to_irq(gpio_hs0038_pin);
	err = request_irq(irq, hs0038_isr, IRQF_TRIGGER_RISING|IRQF_TRIGGER_FALLING, "hs0038", NULL);
	
	device_create(hs0038_class, NULL, MKDEV(major, 0), NULL,"myhs0038");
	return 0;
}
static int hs0038_remove(struct platform_device *pdev)
{
	device_destroy(hs0038_class, MKDEV(major, 0));
	gpiod_put(gpio_hs0038_pin);
	free_irq(irq,NULL);
	return 0;
}


static struct of_device_id  ask100_hs0038[] = {
	{ .compatible = "100ask,hs0038" },
	{},

};

static struct platform_driver hs0038_dri = {
	.probe = hs0038_probe,
	.remove = hs0038_remove,
	.driver = {
		.name ="100ask_hs0038",
		.of_match_table = ask100_hs0038,
	},
};

static int __init hs0038_init(void)
{
	int err;
	major =register_chrdev(0, "hs0038", &hs0038_opes);
	hs0038_class = class_create(THIS_MODULE, "hs0038_class");

	init_waitqueue_head(&hs0038_wq);

	err = platform_driver_register(&hs0038_dri);
	return err;
}


static void __exit hs0038_exit(void)
{
	platform_driver_unregister(&hs0038_dri);
	unregister_chrdev(major, "hs0038");
	class_destroy(hs0038_class);
	
}

module_init(hs0038_init);
module_exit(hs0038_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");

4.2 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_stm32mp157_pro-sdk/Linux-5.4
KERN_DIR =  /home/book/100ask_imx6ull-sdk/Linux-4.9.88

all:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules 
	$(CROSS_COMPILE)gcc -o hs0038_test hs0038_test.c
clean:
	make -C $(KERN_DIR) M=`pwd` modules clean
	rm -rf modules.order  hs0038_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 += hs0038_drv.o

4.3 实验效果

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