第八章 按键输入实验
本章实验将介绍如何使用SDK编程让Kendryte K210获取板载按键的状态。通过本章的学习，读者将学习到用SDK编程技术读取Kendryte K210的GPIO上的高低电平状态。
本章分为如下几个小节：
8.1 GPIOHS介绍
8.2 硬件设计
8.3 程序设计
8.4 运行验证
8.1 GPIOHS介绍
本章实验用到的外设是GPIOHS，通用GPIO和GPIOHS除了中断功能有差异的话，其他都差不多，前面第六章实验我们已经介绍了GPIOHS外设的功能，接下来我们看下GPIOHS 的一些函数。
1，gpiohs_set_drive_mode函数
该函数用来配置指定管脚的工作模式，包括输入输出模式、上下拉等，如下代码所示：
/* 函数原型 */
void gpiohs_set_drive_mode(uint8_t pin, gpio_drive_mode_t mode);
/**
* gpiohs_set_drive_mode功能的mode配置参数
*/
typedef enum _gpio_drive_mode
{
GPIO_DM_INPUT,
GPIO_DM_INPUT_PULL_DOWN,
GPIO_DM_INPUT_PULL_UP,
GPIO_DM_OUTPUT,
} gpio_drive_mode_t;
下面我们来讲解一下这几个变量的作用。
①：参数pin为引脚软件编号，最大值要小于8。
②：参数mode为指定的配置模式，如下表所示：
表8.1.1 引脚配置的模式
该函数无返回值。
2，gpiohs_set_pin函数
该函数用来设置GPIO的电平状态，该函数原型及参数描述如下所示：
void gpiohs_set_pin(uint8_t pin, gpio_pin_value_t value);
typedef enum _gpio_pin_value
{
GPIO_PV_LOW,
GPIO_PV_HIGH
} gpio_pin_value_t;
下面我们讲解下这个函数的两个参数，第一个是引脚的软件编号，同上，第二个参数用于设置IO管脚的高低电平状态，GPIO_PV_LOW为指向IO输出低电平， GPIO_PV_HIGH为输出的高电平。该函数无返回值。
3，gpiohs_get_pin函数
该函数用来获取IO的电平状态，该函数原型如下所示：
gpio_pin_value_t gpiohs_get_pin(uint8_t pin);
pin用来指向获取那个IO的电平，该函数的返回值就是指定IO的电平状态0或1。
4，gpiohs_set_pin_edge函数
该函数用来配置指定管脚中断触发方式，如上升沿触发、低电平触发，如下代码所示：
/* 函数原型 */
void gpiohs_set_pin_edge(uint8_t pin, gpio_pin_edge_t edge);
/* gpiohs_set_pin_edge功能的edge配置参数 */
typedef enum _gpio_pin_edge
{
GPIO_PE_NONE,
GPIO_PE_FALLING,
GPIO_PE_RISING,
GPIO_PE_BOTH,
GPIO_PE_LOW,
GPIO_PE_HIGH = 8,
} gpio_pin_edge_t;
下面我们来讲解一下这几个变量的作用。
① ：参数pin为引脚软件编号，最大值要小于8。
②：参数edge为配置引脚的中断方式，如下表所示：
表8.1.2 引脚中断触发方式配置
该函数无返回值。
5，gpiohs_irq_register函数
该函数用来注册指定引脚的中断，设置优先级、中断回调函数和回调参数，该函数原型如下所示：
/* 函数原型 */ void gpiohs_irq_register(uint8_t pin, uint32_t priority, plic_irq_callback_t callback, void *ctx); /* gpiohs_irq_register功能的callback配置参数 */ typedef int (*plic_irq_callback_t)(void *ctx);
pin用来指向注册中断的IO，priority是中断优先级，数字越小中断优先级越高，后面两个是设置中断回调函数和回调的参数，该函数无返回值。
可以看到，前几个函数用法基本和通用GPIO一样，本章实验也没有用到中断，无法区分明显差异，我们在下一章会讲解按键中断实验。
8.2 硬件设计
8.2.1 例程功能
1. 当KEY0按键被按下后，双色LED的两个灯均熄灭
2. 当KEY1按键被按下后，双色LED的蓝灯亮起，红灯熄灭
3. 当KEY2按键被按下后，双色LED的红灯亮起，蓝灯熄灭
8.2.2 硬件资源
1. 双色LED
LEDR - IO24
LEDB - IO25
2. 独立按键
KEY0按键 - IO18
KEY1按键 - IO19
KEY2按键 - IO16
8.2.3 原理图
本章实验内容，需要读取独立按键连接IO上的电平状态，正点原子DNK210开发板上独立按键的连接原理图，如下图所示：
图8.2.3.1 独立按键连接原理图
通过以上原理图可以看出，KEY0按键、KEY1按键和KEY2按键对应的IO编号分别为IO18、IO19和IO16，当独立按键没有被按下时，其对应的IO将处于悬空状态，此时读取到的电平将由IO的上下拉决定，当独立按键被按下后，其对应IO的电平将被拉低。
8.3 程序设计
8.3.1 按键驱动代码
按键驱动源码包括两个文件：key.c和key.h，我们先介绍key.h。
/* 硬件IO口，与原理图对应 */ #define PIN_KEY_0 (18) #define PIN_KEY_1 (19) #define PIN_KEY_2 (16) /*****************************SOFTWARE-GPIO********************************/ /* 软件GPIO口，与程序对应 */ #define KEY0_GPIONUM (0) #define KEY1_GPIONUM (1) #define KEY2_GPIONUM (2) /*****************************FUNC-GPIO************************************/ /* GPIO口的功能，绑定到硬件IO口 */ #define FUNC_KEY0 (FUNC_GPIOHS0 + KEY0_GPIONUM) #define FUNC_KEY1 (FUNC_GPIOHS0 + KEY1_GPIONUM) #define FUNC_KEY2 (FUNC_GPIOHS0 + KEY2_GPIONUM) /******************************************************************************************/
首先是硬件管脚和GPIOHS的功能号绑定，我们这里用到的是GPIOHS0、GPIOHS1和GPIOHS2。
#define KEY0 gpiohs_get_pin(KEY0_GPIONUM) /* 读取KEY0引脚 */ #define KEY1 gpiohs_get_pin(KEY1_GPIONUM) /* 读取KEY1引脚 */ #define KEY2 gpiohs_get_pin(KEY2_GPIONUM) /* 读取KEY2引脚 */ #define KEY0_PRES 1 /* KEY0按下 */ #define KEY1_PRES 2 /* KEY1按下 */ #define KEY2_PRES 3 /* KEY2按下 */
这里KEY0、KEY1和KEY2是对应按键状态的宏定义，用来接收对应引脚的电平信号，gpiohs_get_pin函数返回值就是IO口的状态，取值0或者1。
KEY0_PRES、KEY1_PRES和KEY2_PRES则是按键对应的三个键值宏定义标识符。
接下来我们看key.c文件，主要包括初始化函数key_init()和按键读取函数key_scan()，我们先看key_init()函数。
void key_init(void)
{
fpioa_set_function(PIN_KEY_0, FUNC_KEY0);
fpioa_set_function(PIN_KEY_1, FUNC_KEY1);
fpioa_set_function(PIN_KEY_2, FUNC_KEY2);
gpiohs_set_drive_mode(KEY0_GPIONUM, GPIO_DM_INPUT_PULL_UP); /*输入上拉*/
gpiohs_set_drive_mode(KEY1_GPIONUM, GPIO_DM_INPUT_PULL_UP); /*输入上拉*/
gpiohs_set_drive_mode(KEY2_GPIONUM, GPIO_DM_INPUT_PULL_UP); /*输入上拉*/
}
可以看到，GPIOHS外设使用并不需要使用GPIO口使能，关联硬件管脚后直接设置模式即可，因为独立按键默认悬空，按下后接入低电平，所以悬空状态我们要将引脚拉高，使用输入上拉模式，接下来我们看另外个函数。
uint8_t key_scan(uint8_t mode)
{
static uint8_t key_up = 1; /* 按键按松开标志 */
uint8_t keyval = 0;
if (mode) key_up = 1; /* 支持连按 */
if (key_up && (KEY0 == 0 || KEY1 == 0 || KEY2 == 0))
{
msleep(50); /* 去抖动 */
key_up = 0;
if (KEY0 == 0) keyval = KEY0_PRES;
if (KEY1 == 0) keyval = KEY1_PRES;
if (KEY2 == 0) keyval = KEY2_PRES;
}
else if (KEY0 == 1 && KEY1 == 1 && KEY2 == 1)
{
key_up = 1;
}
return keyval; /* 返回键值 */
}
key_scan函数用于扫描这3个IO口是否有按键按下。它支持两种扫描方式，通过mode参数来设置。
当mode为0的时候，key_scan函数将不支持连续按，扫描某个按键，该按键按下之后必须要松开，才能第二次触发，否则不会再响应这个按键，这样的好处就是可以防止按一次多次触发，而坏处就是在需要长按的时候比较不合适。
当mode为1的时候，key_scan函数将支持连续按，如果某个按键一直按下，则会一直返回这个按键的键值，这样可以方便的实现长按检测。
有了mode这个参数，大家就可以根据自己的需要，选择不同的方式。这里要提醒大家，因为该函数里面有static变量，所以该函数不是一个可重入函数，在有OS的情况下，这个大家要留意下。msleep()是毫秒级延时函数，可以看到该函数的消抖延时是50ms。同时还有一点要注意的是，该函数的按键扫描是有优先级的，最高优先级的是KEY2，第二优先的是KEY1， 最后是按键KEY0。该函数有返回值，如果有按键按下，则返回非0值，如果没有或者按键不正确，则返回0。
8.3.2 main.c代码
main.c中的代码如下所示：
#include#include #include #include "./BSP/KEY/key.h" #include "./BSP/LED/led.h" int main(void) { uint8_t key; led_init(); /* LED初始化 */ key_init(); /* 按键初始化 */ while (1) { key = key_scan(0); /* 得到键值 */ if (key) { switch (key) { case KEY2_PRES: /* 控制红灯亮 */ LEDR(0); LEDB(1); break; case KEY1_PRES: /* 控制蓝灯亮 */ LEDR(1); LEDB(0); break; case KEY0_PRES: /* 同时关闭红灯和蓝灯 */ LEDR(1); LEDB(1); break; } } else { msleep(10); } } }
可以看到，首先执行LED初始化和按键初始化，初始化完成之后就能实现LED的亮灭和按键的读取，最后在一个循环分别读取KEY0按键、KEY1按键和KEY2按键对应的GPIO输入电平，以判断独立按键是否被按下，若KEY0按键被按下，则控制对应的GPIO输出高电平以控制两个LED灯熄灭，KEY1按键和KEY2按键的读取和按键解释同理。
8.4 运行验证
将DNK210开发板连接到电脑主机，通过VSCode将固件烧录到开发板中，此时，若按下板载的KEY0按键，则能看到双色LED的两个灯熄灭，若按下KEY1按键，则能看到双色LED的蓝色灯亮起，红灯熄灭，若按下KEY2按键，则能看到双色LED的红色灯亮起，蓝灯熄灭，这与理论推断的结果一致。