GPIO 按键驱动 - 我们终于要从输出走向输入了
前面几章我们都在折腾输出设备——LED、蜂鸣器，这些有个共同点：CPU 控制它们，想让它们干嘛就干嘛。说干就干，写个寄存器，LED 就亮了；再写一次，蜂鸣器就叫了。这种掌控感确实让人上瘾。
但现实世界不全是输出设备。我们还需要处理输入设备——按键、传感器、触摸屏，这些设备不听 CPU 的指挥，反过来是它们告诉 CPU 发生了什么。这种角色的转换一开始让人有点不适应，我承认刚开始学的时候确实折腾了好几天。
输入和输出的本质区别
输出设备和输入设备的区别说起来简单，但理解透彻不容易：
/* 输出设备：CPU 写 GPIO */
writel(GPIO_DR, val); // LED 亮了
/* 输入设备：CPU 读 GPIO */
u32 val = readl(GPIO_DR); // 按键状态区别就在这一读一写。输出是 CPU 主动的，输入是 CPU 被动的。输出什么时候发生由代码决定，输入什么时候发生由用户决定（用户什么时候按键谁知道）。
这个"谁说了算"的问题，直接影响了驱动的设计。
按键驱动要解决的问题
说实话，第一次写按键驱动的时候，我以为很简单。不就是读个 GPIO 吗？能有多复杂。结果现实给了我一记响亮的耳光，坑真的不少。
第一个问题是：怎么知道按键被按下了？
你说我读 GPIO 状态吧，什么时候读？一直读？那 CPU 不就空转了吗？间隔着读？那按键刚好在两次读取之间按下怎么办？
第二个问题是：按键会抖动
这是一个真实的坑
机械按键的触点在接触瞬间会抖动。你按一下，GPIO 电平可能会跳变好几次：
理想波形（以为）：
┌───────────────────
────┘ └─────
实际波形（真实）：
┌─┬───┬─────┬────────
────┘ │ │ │ └──
└─┘ └─┬─┬─┘
└─┘
←──── 5-50ms ────→我第一次测试驱动的时候，按一下按键，应用程序居然收到好多次事件。查了半天才发现是这个抖动问题。真的，这种硬件特性只有踩过坑才会印象深刻。
第三个问题是：CPU 占用的问题
如果你用轮询方式——就是不停地读 GPIO 状态——CPU 占用率会很高。这不像 LED，设置一下就完事了，按键驱动需要持续监控。
我们先学轮询方式
这些问题的终极解决方案是用中断。但中断有自己的复杂度，需要理解中断系统、中断处理函数、下半部机制这些概念。
所以我们决定分两步走：先学轮询方式，再学中断方式。
轮询方式虽然效率低，但有几个好处：
轮询方式的教学价值
- 简单直接——代码逻辑一目了然，没有隐藏的魔法
- 容易调试——出问题了直接看循环里的状态就行
- 建立概念——先理解"等待事件"的概念，再学中断会轻松很多
说实话，我觉得如果一开始就学中断，很容易迷失在各种机制里。先跑通轮询，建立信心，再学中断，这条路更平滑。
按键的硬件连接
我们的 Alpha 开发板上有一个按键，连接方式是经典的低电平触发：
+3.3V
|
<
> 10kΩ 上拉电阻
<
|
+---- GPIO1_IO18
|
按键开关
|
GND这个电路的工作原理：
- 按键松开时，上拉电阻把 GPIO 拉到高电平（3.3V）
- 按键按下时，开关导通，GPIO 被拉到地（0V）
为什么用上拉而不是下拉？
这是个设计选择问题。上拉的好处是功耗低——按键松开时几乎没有电流。下拉的话，按键按下时会有电流从 VCC 流到 GND。对于电池供电的设备，这个差异可能很重要。
另外，很多传统设计习惯用上拉，可能历史原因多一些。
设备树配置
设备树里这样描述这个按键：
imxaes_key_gpio: key-gpio {
compatible = "imxaes-key-gpio";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_key>;
gpios = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>;
status = "okay";
};这里的 GPIO_ACTIVE_LOW 很关键。它告诉内核：这个按键是低电平触发的。当按键按下时，GPIO 物理上是低电平，但逻辑上应该解释为"按键按下"（1）。
这个反转逻辑在驱动层会自动处理，我们写代码的时候不用管。
本章教程的结构
为了把这个主题讲清楚，我们把内容拆成了几个小节：
- GPIO 输入机制——怎么配置 GPIO 为输入，怎么读取状态
- 轮询实现——在
read()函数里循环等待按键事件 - 抖动现象——为什么按键会抖，轮询方式怎么处理
- 编译测试——跑起来看看真实效果
每一节都比较短，可以慢慢消化。说实话，输入设备确实比输出设备复杂一点，但一步一步来，没什么搞不定的。
为什么值得学这个
你可能会问：现在都有现成的按键驱动框架（gpio-keys），为什么还要自己从头写？
学习价值大于实用价值
确实，实际工程里你会直接用 gpio-keys 这个通用驱动，配置好设备树就行了。但自己写一遍轮询驱动，你会理解：
- GPIO 输入的底层机制
- 轮询方式的工作原理和局限性
- 为什么需要中断机制
有了这些理解，以后遇到更复杂的输入设备——触摸屏、加速度计——你就知道从哪里下手了。
好了，背景介绍差不多了。下一节我们开始看代码，先从 GPIO 输入的机制说起。
下一章: GPIO 输入机制