【Linux 中断】红外接收器设备驱动
一、概述
现在很多家电都使用了红外，而智能家居的诞生，连音响都带了红外遥控功能。为了解决家里遥控器比较多的情况，多数手机都支持了红外功能，这和以前的万能遥控器一样。这里主要记录红外接收的驱动，当然明白怎么接收的，对于遥控的发射就比较简单了。
二、红外接收器
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外观
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接收的工作原理
红外探头应该也是光敏电阻的一种，当接收到波长在750-1150NM的光时，OUT 引脚就会产生一个 38kHz 的 PWM 波。一般在电路中都会给 OUT 引脚进行一个上拉，所以没有检测到红外光时，OUT 引脚是稳定的高电平。通过这个现象我们就可以进行无线通信。
注意：750-1150NM的光时是肉眼不可见的，不过可以通过手机摄像头进行查看 -
通信协议
了解完原理后，只需要配上相应的通信协议就可以使用红外进行无线通信了。常用的红外线信号传输协议有ITT协议、NEC协议、NokiaNRC协议、Sharp协议、SonySIRC协议、PhilipSRC-5协议、PhilipsRC-6协议，以及PhilipsRECS-80协议等。需要了解不同协议区别的可以参考：几种常用的红外线信号传输协议，红外的协议种类比较多，部分公司也会自己指定不同的协议，比如小米公司的遥控器，见小米红外遥控器如何适配到其他应用设备之上。
此笔记主要使用 NEC 协议完成驱动的编写，其他的协议驱动也可以参考完成。
三、 NEC协议
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数据帧格式
引导码 地址码0 地址码1 命令码 命令反码 引导码（重复） LSB-MSB（0-7） LSB-MSB（8-15） LSB-MSB（16-23） LSB-MSB（24-31） 注意：在标准的NEC协议中，地址码1为地址码0的反码，而在许多遥控器中，地址码0和地址码1共同作为红外遥控器的编码值。
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PPM（脉冲位置调制）
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接收波形
注意：实际波形在低电平期间是一个 38kHz 的 PWM 波。 -
数据解析
在接收数据时需要过滤 38kHz 的波形，如下所示：/** * @brief 红外中断响应函数 * * @param irq * @param dev_id * @return 0，成功;其他负值,失败 */ static irqreturn_t infrared_interrupt(int irq, void *dev_id) { unsigned previous_offset; // 上一次的时间 unsigned start_offset; // 波型的起始时间差 long long now = ktime_to_us(ktime_get()); /* 由于红外接收传感器在接收到红外信号时产生一个38KHz的信号，所以接收时需要过滤，使信号变为一个低电平信号 */ /*-------------------------------- 滤波 --------------------------------*/ /* 从当前时刻开始接收一个下降沿开始的方波周期 */ if (0 == infrared_pwm.flag ) { infrared_pwm.start_time = now; infrared_pwm.flag = 1; } /* 计算两次下降沿的时差 */ previous_offset = now - infrared_pwm.previous; infrared_pwm.previous = now; /* 过滤红外接收器自生产生38KHz的信号，周期大约是 26us */ if (previous_offset
四、linux 中断驱动
在中断驱动中我使用了异步通知的方式，与应用程序进行通信
/**
* @brief 红外接收器初始化函数
*
* @return 0，成功;其他负值,失败
*/
static int infrared_init(void)
{
int res;
/* 申请 GPIO 资源 */
infrared_dev.gpio = INFRARED_GPIO;
res = gpio_request(infrared_dev.gpio, "infrared");
if (res)
{
pr_err("infrared dev: Failed to request gpion");
return res;
}
/* 将 GPIO 设置为输入模式 */
gpio_direction_input(infrared_dev.gpio);
/* 申请中断 */
infrared_dev.irq_num = gpio_to_irq(infrared_dev.gpio);
res = request_irq(infrared_dev.irq_num, infrared_interrupt, IRQF_TRIGGER_FALLING, "infrared", NULL);
if (res)
{
gpio_free(infrared_dev.gpio);
return res;
}
return 0;
}
/**
* @brief 打开设备
*
* @param inode 传递给驱动的 inode
* @param filp 设备文件，file 结构体有个叫做 private_data 的成员变量
* 一般在 open 的时候将 private_data 指向设备结构体。
* @return 0 成功;其他 失败
*/
static int infrared_open(struct inode *inode, struct file *filp)
{
/* 将设备数据设置为私有数据 */
filp->private_data = &infrared_dev;
printk(PRINTK_GRADE "infrared_openn");
return 0;
}
/**
* @brief 从设备读取数据
*
* @param filp 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param buf 返回给用户空间的数据缓冲区
* @param count 要读取的数据长度
* @param offt 相对于文件首地址的偏移
* @return 0 成功;其他 失败
*/
static ssize_t infrared_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *offt)
{
int res = 0;
// struct infrared_dev_t *infrared_dev = filp->private_data;
res = copy_to_user(buf, infrared_receive_data, count);
if(res != 0) {
printk(PRINTK_GRADE "111111111111111n");
return -1;
}
// printk(PRINTK_GRADE "infrared_readn");
return 0;
}
/**
* @brief 向设备写数据
* @param filp 设备文件，表示打开的文件描述符
* @param buf 要写给设备写入的数据
* @param count 要写入的数据长度
* @param offt 相对于文件首地址的偏移
* @return 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
*/
static ssize_t infrared_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *offt)
{
int res = 0;
// struct infrared_dev_t *infrared_dev = filp->private_data;
char write_buf[1024] = {"0"};
res = copy_from_user(write_buf, buf, count);
if(res != 0) {
return -1;
}
printk("kernel recevdata:%srn", write_buf);
return 0;
}
static int infrared_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
{
struct infrared_dev_t *infrared_dev = filp->private_data;
printk(PRINTK_GRADE "infrared_fasyncn");
/* 异步通知初始化 */
return fasync_helper(fd, filp, on, &infrared_dev->fasync_queue);
}
/**
* @brief 关闭/释放设备
* @param filp 要关闭的设备文件(文件描述符)
* @return 0 成功;其他 失败
*/
static int infrared_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
int res = 0;
printk(PRINTK_GRADE "infrared_releasen");
/* 删除异步通知 */
infrared_fasync(-1, filp, 0);
return res;
}
/* 设备操作函数结构体 */
static struct file_operations infrared_ops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = infrared_open,
.read = infrared_read,
.write = infrared_write,
.release = infrared_release,
.fasync = infrared_fasync,
};
/**
* @brief 注册字符设备驱动
*
* @return 0，成功;其他负值,失败
*/
static int infrared_register(void)
{
int ret = -1; // 保存错误状态码
/* GPIO 中断初始化 */
ret = infrared_init();
/* 1、创建设备号 */
/* 采用动态分配的方式，获取设备编号，次设备号为0 */
/* 设备名称为 infrared_NAME，可通过命令 cat /proc/devices 查看 */
/* INFRARED_CNT 为1，只申请一个设备编号 */
ret = alloc_chrdev_region(&infrared_dev.devid, 0, INFRARED_CNT, INFRARED_NAME);
if (ret 五、完整的驱动程序
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
/***************************************************************
文件名 : infrared.c
作者 : jiaozhu
版本 : V1.0
描述 : 红外接收器驱动
其他 : 无
日志 : 初版 V1.0 2023/3/3
***************************************************************/
/* 红外接收器的数据引脚 59 */
#define INFRARED_GPIO 59
#define PRINTK_GRADE KERN_INFO
/*------------------ 字符设备内容 ----------------------*/
#define INFRARED_NAME "infrared"
#define INFRARED_CNT (1)
static unsigned char infrared_receive_data[4];
/*------------------ 设备数据结构体 ----------------------*/
struct infrared_dev_t
{
dev_t devid; // 设备号
struct cdev cdev; // cdev
struct class *class; // 类
struct device *device; // 设备
struct device_node *nd; // 设备节点
int irq_num; // 中断号
int gpio; // 数据接收引脚
struct fasync_struct *fasync_queue; // 异步相关结构体
};
struct infrared_dev_t infrared_dev; // 设备数据结构体
/*------------------ 红外波形过滤结构体 ----------------------*/
struct infrared_pwm_t
{
long long previous; // 记录上一次的时间，64bit
int flag; // 表示每个方波周期的开始
long long start_time; // 周期的起始时间
int low_time; // 低电平时间
int high_time; // 高电平时间
};
struct infrared_pwm_t infrared_pwm = // 红外波形采集
{
.flag = 0,
.previous = 0,
.start_time = 0,
.low_time = 0,
.high_time = 0,
};
/*------------------ 红外 NEC 数据解析结构体 ------------------*/
struct nec_decode_buf_t
{
int flag; // 表示 NEC 数据开始
unsigned times[128]; // 记录每帧的时间
int num; // 表示第几帧
};
struct nec_decode_buf_t nec_buf =
{
.flag = 0,
.num = 0,
};
/**
* @brief 红外 NEC 数据解析
*
* @param period 一个方波周期
*/
static void infrared_nec_decode(int period)
{
int i, j;
unsigned char temp;
if ((period > 13000) && (period 10500) && (period 2100) && (nec_buf.times[i * 8 + j] private_data = &infrared_dev;
printk(PRINTK_GRADE "infrared_openn");
return 0;
}
/**
* @brief 从设备读取数据
*
* @param filp 要打开的设备文件(文件描述符)
* @param buf 返回给用户空间的数据缓冲区
* @param count 要读取的数据长度
* @param offt 相对于文件首地址的偏移
* @return 0 成功;其他 失败
*/
static ssize_t infrared_read(struct file *filp, char __user *buf, size_t count, loff_t *offt)
{
int res = 0;
// struct infrared_dev_t *infrared_dev = filp->private_data;
res = copy_to_user(buf, infrared_receive_data, count);
if(res != 0) {
printk(PRINTK_GRADE "111111111111111n");
return -1;
}
// printk(PRINTK_GRADE "infrared_readn");
return 0;
}
/**
* @brief 向设备写数据
* @param filp 设备文件，表示打开的文件描述符
* @param buf 要写给设备写入的数据
* @param count 要写入的数据长度
* @param offt 相对于文件首地址的偏移
* @return 写入的字节数，如果为负值，表示写入失败
*/
static ssize_t infrared_write(struct file *filp, const char __user *buf, size_t count, loff_t *offt)
{
int res = 0;
// struct infrared_dev_t *infrared_dev = filp->private_data;
char write_buf[1024] = {"0"};
res = copy_from_user(write_buf, buf, count);
if(res != 0) {
return -1;
}
printk("kernel recevdata:%srn", write_buf);
return 0;
}
static int infrared_fasync(int fd, struct file *filp, int on)
{
struct infrared_dev_t *infrared_dev = filp->private_data;
printk(PRINTK_GRADE "infrared_fasyncn");
/* 异步通知初始化 */
return fasync_helper(fd, filp, on, &infrared_dev->fasync_queue);
}
/**
* @brief 关闭/释放设备
* @param filp 要关闭的设备文件(文件描述符)
* @return 0 成功;其他 失败
*/
static int infrared_release(struct inode *inode, struct file *filp)
{
int res = 0;
printk(PRINTK_GRADE "infrared_releasen");
/* 删除异步通知 */
infrared_fasync(-1, filp, 0);
return res;
}
/* 设备操作函数结构体 */
static struct file_operations infrared_ops = {
.owner = THIS_MODULE,
.open = infrared_open,
.read = infrared_read,
.write = infrared_write,
.release = infrared_release,
.fasync = infrared_fasync,
};
/**
* @brief 注册字符设备驱动
*
* @return 0，成功;其他负值,失败
*/
static int infrared_register(void)
{
int ret = -1; // 保存错误状态码
/* GPIO 中断初始化 */
ret = infrared_init();
/* 1、创建设备号 */
/* 采用动态分配的方式，获取设备编号，次设备号为0 */
/* 设备名称为 infrared_NAME，可通过命令 cat /proc/devices 查看 */
/* INFRARED_CNT 为1，只申请一个设备编号 */
ret = alloc_chrdev_region(&infrared_dev.devid, 0, INFRARED_CNT, INFRARED_NAME);
if (ret 六、测试程序
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
#include
/***************************************************************
文件名 : drive_read_app.c
作者 : jiaozhu
版本 : V1.0
描述 : 驱动读取测试
其他 : 使用方法：./drive_read_app [/dev/xxx]
argv[1] 需要读取的驱动
日志 : 初版 V1.0 2023/3/3
***************************************************************/
int fd;
char *filename;
/**
* @brief 信号响应函数，用于读取红外接收的数据
*
* @param num 信号量
*/
void infrared_handler(int num)
{
int res;
unsigned char data_buf[4];
/* 从驱动文件读取数据 */
res = read(fd, data_buf, sizeof(data_buf));
if (res == 0)
{
printf("infrared data: %02x %02x %02x %02xn", data_buf[0], data_buf[1], data_buf[2], data_buf[3]);
}
else
{
printf("read file %s failed!rn", filename);
}
}
/**
* @brief main 主程序
* @param argc argv 数组元素个数
* @param argv 具体参数
* @return 0 成功;其他 失败
*/
int main(int argc, char *argv[])
{
int flags = 0;
if(argc != 2){
printf("Error Usage!rn");
return -1;
}
filename = argv[1];
/* 打开驱动文件 */
fd = open(filename, O_RDWR);
if(!fd){
printf("Can't open file %srn", filename);
return -1;
}
signal(SIGIO, infrared_handler);
/* 设置当前进程接收信号 */
fcntl(fd, F_SETOWN, getpid());
flags =fcntl(fd, F_GETFL);
/* 开启异步通知 */
fcntl(fd, F_SETFL, flags | FASYNC);
while (1);
close(fd);
return 0;
}
参考链接
几种常用的红外线信号传输协议：https://tech.hqew.com/news_1050217
小米红外遥控器如何适配到其他应用设备之上：https://blog.csdn.net/qq_40001346/article/details/108639243
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文章来源于互联网：【Linux 中断】红外接收器设备驱动
THE END
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