[RealTouch例程]使用信号量实现按键轮询检测

发布于 2012-08-16 20:54:52 浏览：6203 订阅该版

实验目的
?	了解信号量用作多个线程进行同步的使用方式
?	掌握轮询实现按键检测的用法
?	熟悉使用RT-Thread中信号量相关API
硬件说明
本实验使用RT-Thread官方的Realtouch开发板作为实验平台。涉及到的硬件主要为：
?	串口3，作为rt_kprintf输出。
?	按键IO口
具体请参见《Realtouch开发板使用手册》
实验原理及程序结构
实验设计
本实验是在RT-Thread中通过轮询方式按键的检测功能。创建一个线程，以一定的时间间隔周期运行，扫描硬件系统中的物理按键，当检测到有按键按下时，发布一个按键信号量。创建另外一个线程来使用按键，为了简单起见，它将通过获取按键信号量，当取得这个信号量时，将按键信息打印出到串口。
源程序说明
本实验对应kernel_sem_keypolling。
系统依赖
在rtconfig.h中需要开启
```	#define RT_USING_SEMAPHORE```
此项必选，选择此项后才可以使用信号量相关API。
```	#define RT_USING_HEAP```
此项可选，开启此项可以创建动态信号量，如果使用静态信号量，则此项不是必要的
```	#define RT_USING_CONSOLE```
此项必须，本实验使用rt_kpriintf向串口打印按键信息，因此需要开启此项
主程序说明
在applications/application.c中，在系统init线程中完成按键GPIO初始化。参考原理图可知，这些按键已经在开发板上已经下拉模式，因此所有按键GPIO口都设置为悬空模式，这样当有键按下时，对应的GPIO口的电平就会为高，相关代码如下。
初始化按键GPIO口
```#include "stm32f4xx.h"
#define KEY_PORT  GPIOF
#define KEY_PIN   (GPIO_Pin_6 | GPIO_Pin_7 | GPIO_Pin_8 | GPIO_Pin_9 | GPIO_Pin_10| GPIO_Pin_11)
#define KEY_CLCOK RCC_AHB1Periph_GPIOF

void rt_init_thread_entry(void* parameter)
{
//gpio init
    GPIO_InitTypeDef  GPIO_InitStructure;

/* GPIOA GPIOB Periph clock enable */
    RCC_AHB1PeriphClockCmd(KEY_CLCOK , ENABLE);

/* Configure Pin in input pushpull mode */
    GPIO_InitStructure.GPIO_Pin = KEY_PIN;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Mode = GPIO_Mode_IN;//GPIO_Mode_OUT;
    GPIO_InitStructure.GPIO_OType = GPIO_OType_PP;
    GPIO_InitStructure.GPIO_Speed = GPIO_Speed_100MHz;
    GPIO_InitStructure.GPIO_PuPd = GPIO_PuPd_NOPULL;
    GPIO_Init(KEY_PORT, &GPIO_InitStructure);
}
```在int rt_application_init()中初始化静态线程，名为“keyp”的thread1。
初始化线程代码
```    rt_thread_init(&thread1,
                   "keyp", //producer
                   rt_thread_entry1,
                   RT_NULL,
                   &thread1_stack[0],
                   sizeof(thread1_stack),11,25);
rt_thread_startup(&thread1);
```创建信号量代码如下所示。
创建信号量代码
```static int key;
static struct rt_semaphore sem;
int rt_application_init()
{
    rt_err_t result;
    
    result = rt_sem_init(&sem, "sem", 0, RT_IPC_FLAG_FIFO);
    f (result != RT_EOK)
    {
        rt_kprintf("error, init sem failed!
");
        return 0;
    }
```其处理线程处理函数如下，此线程周期启动，100ms启动一次检测按键，当检测到按键按下后，延时20ms后再次检测按键以实现按键去抖。如果的确检测到按键，则发布信号量。
线程1代码
```ALIGN(RT_ALIGN_SIZE)
static char thread1_stack[1024];
struct rt_thread thread1;

static void rt_thread_entry1(void* parameter)
{
    int temp;
    
    while (1)
    {
        key = GPIO_ReadInputData(KEY_PORT);
        if (key & KEY_PIN)
        {
            temp = key;
            rt_thread_delay(RT_TICK_PER_SECOND / 50);
            key = GPIO_ReadInputData(KEY_PORT);
            if (key == temp)
                rt_sem_release(&sem);
        }
        rt_thread_delay(RT_TICK_PER_SECOND/10);
   }
}
```接下来在创建线程2，通过获取按键信号量，来获得线程1中得到的按键，并将按键信息通过串口发送的PC机上。
线程2代码
```ALIGN(RT_ALIGN_SIZE)
static char thread2_stack[1024];
struct rt_thread thread2;

static int key;
static void rt_thread_entry2(void* parameter)
{
    while (1)
    {
        rt_sem_take(&sem, RT_WAITING_FOREVER);
        if (key & KEY_PIN)
        {
            rt_kprintf("some keys has been pressed : %x
", key);
        }
    }
}
```编译调试及观察输出信息
编译请参见《RT-Thread配置开发环境指南》完成编译烧录，参考《Realtouch开发板使用手册》完成硬件连接，连接扩展板上的串口和jlink。
运行后可以看到如下信息：
串口信息
  | /
- RT -     Thread Operating System
 / |      1.1.0 build Aug 13 2012
 2006 - 2012 Copyright by rt-thread team
此时按下按键S2至S7，即可看到如下信息。
串口信息
some keys has been pressed : 40
some keys has been pressed : 80
some keys has been pressed : 100
some keys has been pressed : 200
some keys has been pressed : 400
some keys has been pressed : 800
结果分析
整个程序运行过程中各个线程的状态变化：
Thread2 获取按键信号量，因为此时信号量中值为0，Thread2会被挂起。Thread1周期检测按键，当检测到按键时，Thread1发布信号量，此时有两种情况：
如果Thread2的优先级比Thread1的优先级高，此时Thread1会立刻被唤醒并执行，在其线程处理函数中，将按键信息发送至串口，while循环，继续执行rt_sem_take，此时信号量的值已经为0，Thread1再次被挂起。此时系统中优先级最高的线程为Thread2，因此内核将调度此线程继续周期按键检测功能。
如果Thread2的优先级比Thread1的优先级高，Thread1会从挂起态回到就绪态，但偶需Thread2优先级更高，因此Thread2继续运行，如果没有按键按下，Thread1会调用rt_threa_delay，Thread1挂起，此时Thread2为系统优先级最高的线程，会被立即调度执行，在线程处理函数中打印Thread1获取到的按键信息。

总结
本实验的原理是使用信号量实现两个线程之间的同步。
本实验使用静态信号量以及静态线程来进行按键轮询检测，读者可以改成动态信号量以及动态线程来实现同样的功能。

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下载附件 [实验2_3使用信号量实现按键轮询检测.pdf](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/88_bfe9691ea05d94b3832010d97895228a.pdf)

下载附件 [1_kernel_sem_keypolling.zip](https://oss-club.rt-thread.org/uploads/3089_b3bd3cd2310e1a55e00854220c5b2714.zip)