有限状态机的嵌入式Linux按键驱动设计

分享到:

 引言

  一般的按键驱动程序通常非常简单。在程序中一旦检测到按键输入口为低电平时,就采用软件延时10 ms后再次检测按键输入口。如果仍然是低电平则表示有按键按下,便转入执行按键处理程序;否则,当按键输入口为高电平,就会放弃本次按键的检测,重新开始一次按键检测过程。这种方式不仅由于采用了软件延时而使得MCU的效率降低,同时也不容易同系统中其他功能模块协调工作,且系统的实时性也差。本文把单个按键作为一个简单的系统,根据状态机的原理对其动作的操作和确认的过程进行分析,并用状态图表示出来,然后根据状态图编写出按键接口程序。

  1 基于状态机的简单按键驱动设计

  在一个嵌入式系统中,按键的操作是随机的。为了提高CPU的工作效率,在设计按键驱动的时候,利用S3C2440的外部中断来实现对按键的处理。很明显,系统的输入信号与按键连接的I/O口电平,“1”表示按键处于开放状态,“0”表示按键处于闭合状态。而系统的输出信号则表示检测和确认到一次按键的闭合操作,用“1”表示。

 

 

 
图1给出了一个简单按键状态机的状态转换图。

  在图中,将1次按键完整的操作分解为3个状态。其中,状态0为按键的初始状态,当按键输入为“1”时,表示按键处于开放,输出“0”(I/0),下一状态仍为状态0;当按键输入为“0”时,表示按键闭合,但输出还是“0”(没有经过消抖,不能确认按键真正按下),下一状态进入状态1。

  状态1为按键闭合确认状态,它表示在10 ms前按键为闭合的,因此当再次检测到按键输入为“0”时,可以确认按键被按下了(经过10 ms的消抖);输出“1”则表示确认按键闭合(0/1),下一状态进入状态2。而当再次检测到按键的输入为“1”时,表示按键可能处在抖动干扰;输出为“0”(I/0),下一状态返回到状态0。这样,利用状态1,实现了按键的消抖处理。状态2为等待按键释放状态,因为只有等按键释放后,一次完整的按键操作过程才算完成。

  对图1的分析可知,在一次按键操作的整个过程中,按键的状态是从状态0→状态1→状态2,最后返回到状态0的,并且在整个过程中,按键的输出信号仅在状态1时给出了唯一的一次确认按键闭合的信号“1”,其他状态均输出“0”。因此,图1状态机所表示的按键系统,不仅克服了按键抖动的问题,同时也确保在一次按键的整个过程中,系统只输出一次按键闭合信号(“1”)。

  2 具有连发功能的按键驱动设计

  上面介绍的是最简单的情况,不管按键被按下的时间保持多长,在这个按键的整个过程中都只给出了一次确认的输出。但是有些场合为了方便使用者,根据使用者按按键的时间多少来确定是否按键“连发”。例如,在设置时钟时,按按键的时间较短时,设置加1;按按键时间较长时,设置加10,这时就需要根据按按键的时间长短来确定具体输出。图2是将按键驱动设计为具有连发功能状态机的状态转换图。

 

 

 

  当按键按下后1 s内释放了,系统输出为1;当按键按下后1 s没有释放,那么以后每隔0.5 s,输出为2,直到按键释放为止。如果系统输出1,应用程序将变量加1;如果系统输出2,应用程序将变量加10。这样按键驱动就有了处理连发按键的功能了。

  3 程序设计

  由于篇幅所限,下面只给出按键驱动的关键程序,按键中断处理程序和时间处理函数:


 

 

 

 

  这里的定时函数使用了Linux的内核定时器。使用内核定时器可以方便地实现每个状态的特定定时时间,并且安全释放CPU,提高CPU的效率。程序的基本思路是,首先按键被按下进入按键中断服务程序buttons_interrupt(),在中断服务程序里确定按键状态是否为初始态。如果是,则进行kbd_timer初始化且使按键状态转为消抖状态。当kbd_timer定时到以后,按键检测按键状态是否仍处于按下时转换状态为按键确定状态,如果不是则恢复初始态。当定时器1 s到达后,判断按键是否仍是按下。如是则转换为连发状态,否则恢复初始态。当0.5 s到达后,重新判断按键是否仍是按下。如是,则继续为连发状态,输出值加10;如果按键抬起,则恢复初始态。

  4 实验结果

  该驱动程序经过gcc-arm-liunx-3.4.4编译,并在Micro2440SDK开发板上运行(开发板上的系统版本为linux2.6.13),运行结果如图3所示。

 

 

 

  从运行结果可以看出,如果按下按键并在1 s抬起,输出值每次只加1;如果按下按键超过1 s,系统的输出值每隔0.5s将加10。说明本驱动运行正常,且具有了连发功能。

  结 语

  本文主要分析了按键有限状态机的工作过程,并利用Liunx内核定时器实现了状态机的状态转换时间间隔,最后给出了基于有限状态机的具有连发功能Linux驱动编写代码,实现了具有连发功能的按键驱动,为基于有限状态机的按键驱动提供了一种解决思路。

 

继续阅读
基于新信号量策略的实时提升技术

绍操作系统内核对实时性能的影响,结合NT技术,分析信号量机制下线程等待队列的排队策略,提出一种新排队策略,并在NT内核中实现该策略,最后对比几种策略的实验数据。

基于有限状态机的嵌入式系统模型校验技术

对于面向控制的系统,可以采用有限状态机(FSM)定义需求和设计,这是一种得到广泛认可的抽象表示方法。当然,光靠FSM并不能对复杂的实际工业系统进行建模。我们还需要:1. 能将需求模块化并区分需求等级;2. 能合并各组成部分的需求(或设计);3. 能通过更新预先规定的变量和设备,防止可能出现的异常。

有限状态机的嵌入式Linux按键驱动设计

一般的按键驱动程序通常非常简单。在程序中一旦检测到按键输入口为低电平时,就采用软件延时10 ms后再次检测按键输入口。如果仍然是低电平则表示有按键按下,便转入执行按键处理程序;否则,当按键输入口为高电平,就会放弃本次按键的检测,重新开始一次按键检测过程。这种方式不仅由于采用了软件延时而使得MCU的效率降低,同时也不容易同系统中其他功能模块协调工作,且系统的实时性也差。本文把单个按键作为一个简单的系统,根据状态机的原理对其动作的操作和确认的过程进行分析,并用状态图表示出来,然后根据状态图编写出按键接口程序。

用状态机原理进行软件设计

本文的重点就在于,怎样利用状态机原理进行程序设计。本文会先给出普通的、一个平面上的FSM(有限状态机)的概念和实例,并指出其中的一些缺点,然后引出本文的重点HSM(层次状态机)的概念和设计方法。

©2019 Microchip Corporation
facebook google plus twitter linkedin youku weibo rss