8.2 USB鍵盤驅動編寫和測試

目標：根據USB驅動分析和上節的USB鼠標驅動，編寫鍵盤驅動，並測試。

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 一、原理分析

1. 首先通過打印usb_buf[i]中的8字節數據，看一下按鍵按下之后會接收到什么。

1）通過按完所有鍵盤按鍵打印的結果可知，有8個按鍵會打印在usb_buf[0]里，即：

ctrl左鍵----0x01----00000001       

shift左鍵----0x02----00000010

alt左鍵----0x04------00000100

win左鍵----0x08-----00001000

ctrl右鍵----0x10------00010000

shift右鍵----0x20------00100000

alt右鍵----0x40--------01000000

win右鍵----0x80-------10000000

2）usb_buf[2]--usb_buf[7]為A B C D 1 2 3 4 F2 F4等普通的按鍵；

根據上節內容可知，按鍵的KEY_L等值得宏定義在input.h中，即：

從打印的usb_buf[i]數組可知，字符A為0x04，但alt左鍵也是0x04，該怎樣在程序里區分呢？

。。。。。。。。。。

在鍵盤的源碼程序/drivers/hid/usbhid/usbkbd.c中，使用過數組一一對應的：

static unsigned char usb_kbd_keycode[256] = {
      0,  0,  0,  0, 30, 48, 46, 32, 18, 33, 34, 35, 23, 36, 37, 38,
     50, 49, 24, 25, 16, 19, 31, 20, 22, 47, 17, 45, 21, 44,  2,  3,
      4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 28,  1, 14, 15, 57, 12, 13, 26,
     27, 43, 43, 39, 40, 41, 51, 52, 53, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64,
     65, 66, 67, 68, 87, 88, 99, 70,119,110,102,104,111,107,109,106,
    105,108,103, 69, 98, 55, 74, 78, 96, 79, 80, 81, 75, 76, 77, 71,
     72, 73, 82, 83, 86,127,116,117,183,184,185,186,187,188,189,190,
    191,192,193,194,134,138,130,132,128,129,131,137,133,135,136,113,
    115,114,  0,  0,  0,121,  0, 89, 93,124, 92, 94, 95,  0,  0,  0,
    122,123, 90, 91, 85,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
      0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
      0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
      0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
      0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
     29, 42, 56,125, 97, 54,100,126,164,166,165,163,161,115,114,113,
    150,158,159,128,136,177,178,176,142,152,173,140
};

1）對於字符A的0x04就對應數組中的0x30；這里usb_buf[2-7]的0x04等數值，就對應usb_kbd_keycode[256]中的位置，確定每個按鍵的input碼。

2）對於8個特殊按鍵，其位置為usb_buf[0]-1+ 224, input碼為：usb_kbd_keycode[usb_buf[0]-1+ 224]（數組從0開始）。例如：ctrl左鍵在usb_buf[0]為0x01，對應的input碼為：usb_kbd_keycode[0+ 224]=29。正好和input.h中的宏定義的值相同。

同時，也可以有源碼程序推理出：

for (i = 0; i < 8; i++)
    input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[i + 224], (kbd->new[0] >> i) & 1);

程序中用於判斷這8個按鍵的數據kbd->new[0]（usb_buf[0]）是否為1，然后通過input_report_key函數上傳按鍵事件。

例如：alt左鍵----0x04------00000100按下后，判斷(0x04 >> 2) & 1=1，則上報。

二、源碼分析

1.中斷函數

static void usb_kbd_irq(struct urb *urb)
{
    struct usb_kbd *kbd = urb->context;
    int i;

    switch (urb->status) {
    case 0:            /* success */
        break;
    case -ECONNRESET:    /* unlink */
    case -ENOENT:
    case -ESHUTDOWN:
        return;
    /* -EPIPE:  should clear the halt */
    default:        /* error */
        goto resubmit;
    }
    //特殊的8個按鍵檢測是否按下
    for (i = 0; i < 8; i++)
        input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[i + 224], (kbd->new[0] >> i) & 1);
　　//檢測普通按鍵 數組下表為2-7
    for (i = 2; i < 8; i++) {
　　　　　//usb_kbd_keycode數組中跳過前面3個0，從3開始；
　　　　　　　//上一次的按鍵kbd->old[i]非0數值 與 kbd->new + 2開始的6個字節的kbd->new[i]數組數值是否有相同的，若無，則按鍵已經松開
        if (kbd->old[i] > 3 && memscan(kbd->new + 2, kbd->old[i], 6) == kbd->new + 8) { 
            if (usb_kbd_keycode[kbd->old[i]])  //判斷非零值
                input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[kbd->old[i]], 0); //上傳松開事件
            else
                info("Unknown key (scancode %#x) released.", kbd->old[i]);
        }
　　　　//當前狀態的按鍵kbd->new[i]非0數值 與 上一次的按鍵kbd->old[i]+ 2開始的6個字節的是否有相同的，若無，則按鍵已經按下
        if (kbd->new[i] > 3 && memscan(kbd->old + 2, kbd->new[i], 6) == kbd->old + 8) {
            if (usb_kbd_keycode[kbd->new[i]])
                input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[kbd->new[i]], 1);
            else
                info("Unknown key (scancode %#x) pressed.", kbd->new[i]);
        }
    }
　　 
    input_sync(kbd->dev);

    memcpy(kbd->old, kbd->new, 8);  //拷貝當前按鍵的8個字節到kbd->old，進行下一次的判斷

resubmit:
    i = usb_submit_urb (urb, GFP_ATOMIC);
    if (i)
        err ("can't resubmit intr, %s-%s/input0, status %d",
                kbd->usbdev->bus->bus_name,
                kbd->usbdev->devpath, i);
}

 

2. 修改id_table（用於驅動和設備匹配的）

static struct usb_device_id usb_keyboardid_table [] = {
    { USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
        USB_INTERFACE_PROTOCOL_KEYBOARD) },//USB協議:鍵盤協議

};

三、自己編寫的程序

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/usb/input.h>
#include <linux/hid.h>

static struct input_dev *myusb_kbd_dev;
static char *usb_buf;
static dma_addr_t usb_buf_phys;
static int len;
static struct urb *myusb_kbd_urb;

//鍵盤碼表共有252個數據
static const unsigned char usb_kbd_keycode[252] = {
         0,  0,  0,  0, 30, 48, 46, 32, 18, 33, 34, 35, 23, 36, 37, 38,
        50, 49, 24, 25, 16, 19, 31, 20, 22, 47, 17, 45, 21, 44,  2,  3,
         4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 28,  1, 14, 15, 57, 12, 13, 26,
        27, 43, 43, 39, 40, 41, 51, 52, 53, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64,
        65, 66, 67, 68, 87, 88, 99, 70,119,110,102,104,111,107,109,106,
       105,108,103, 69, 98, 55, 74, 78, 96, 79, 80, 81, 75, 76, 77, 71,
        72, 73, 82, 83, 86,127,116,117,183,184,185,186,187,188,189,190,
       191,192,193,194,134,138,130,132,128,129,131,137,133,135,136,113,
       115,114,  0,  0,  0,121,  0, 89, 93,124, 92, 94, 95,  0,  0,  0,
       122,123, 90, 91, 85,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
         0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
         0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
         0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
         0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
        29, 42, 56,125, 97, 54,100,126,164,166,165,163,161,115,114,113,
       150,158,159,128,136,177,178,176,142,152,173,140
};       

static struct usb_device_id usb_keyboardid_table [] = {
    { USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
        USB_INTERFACE_PROTOCOL_KEYBOARD) },//USB協議:鍵盤協議

};

void my_memcpy(unsigned char *dest,unsigned char *src,int len)      //復制緩存
{
       while(len--)
        {
            *dest++= *src++;
        }
}

static void usb_keyboardirq(struct urb *urb)
{
    static unsigned char pre_val[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};
    int i;

     //8個特殊按鍵，對比上一次的按鍵值pre_val[0]和當前usb_buf[0]，如果不相等有按鍵按下，則上報
    for (i = 0; i < 8; i++)
    if(((pre_val[0]>>i)&1)!=((usb_buf[0]>>i)&1))
    {
        input_report_key(myusb_kbd_dev, usb_kbd_keycode[i + 224], (usb_buf[0]>> i) & 1);
        input_sync(myusb_kbd_dev);             //上傳同步事件
    }

    
    /*上傳普通按鍵*/
    for(i=2;i<8;i++)
    if(pre_val[i]!=usb_buf[i])  //上一次和本次按鍵值不同，說明有按鍵按下
    {
        if(usb_buf[i])      //非0，按下事件上報
            input_report_key(myusb_kbd_dev,usb_kbd_keycode[usb_buf[i]], 1);   
        else  if(pre_val[i])                                             //上一次非零，本次為0，松開事件
            input_report_key(myusb_kbd_dev,usb_kbd_keycode[pre_val[i]], 0);
        input_sync(myusb_kbd_dev);             //上傳同步事件
    }

    my_memcpy(pre_val, usb_buf, 8);       //更新數據

    /* 重新提交urb */
    usb_submit_urb(myusb_kbd_urb, GFP_KERNEL);
}

static int usb_keyboardprobe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
    volatile unsigned char  i;
    struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf); //設備，通過usb_ interface接口獲取usb_device設備,為后面設置USB數據傳輸用
    struct usb_host_interface *interface;               // 當前接口
    struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
    int pipe;                                            //端點管道
    
    interface = intf->cur_altsetting;
    endpoint = &interface->endpoint[0].desc;            //當前接口下的端點描述符

    printk("VID=%x,PID=%x\n",dev->descriptor.idVendor,dev->descriptor.idProduct); 
    
    /* a. 分配一個input_dev */
    myusb_kbd_dev = input_allocate_device();
    
    /* b. 設置 */
    /* b.1 能產生哪類事件 */
    set_bit(EV_KEY, myusb_kbd_dev->evbit);
    set_bit(EV_REP, myusb_kbd_dev->evbit);
    
    /* b.2 添加所有按鍵 */
    for (i = 0; i < 252; i++)
    set_bit(usb_kbd_keycode[i], myusb_kbd_dev->keybit); 103     clear_bit(0, myusb_kbd_dev->keybit); 104 
    
    /* c. 注冊 */
    input_register_device(myusb_kbd_dev);
    
    /* d. 硬件相關操作 */
    /* 數據傳輸3要素: 源,目的,長度 */
    /* 源: USB設備的某個端點 */
    pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);

    /* 長度: */
    len = endpoint->wMaxPacketSize;

    /* 目的: */
    usb_buf = usb_buffer_alloc(dev, len, GFP_ATOMIC, &usb_buf_phys);

    /* 使用"3要素" */
    /* 分配usb request block */
    myusb_kbd_urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);//usb傳輸素具的urb結構體
    /* 使用"3要素設置urb" */
    usb_fill_int_urb(myusb_kbd_urb, dev, pipe, usb_buf, len, usb_keyboardirq, NULL, endpoint->bInterval);
    myusb_kbd_urb->transfer_dma = usb_buf_phys;
    myusb_kbd_urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;

    /* 使用URB */
    usb_submit_urb(myusb_kbd_urb, GFP_KERNEL);
    
    return 0;
}

static void usb_keyboarddisconnect(struct usb_interface *intf)
{
    struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);

    //printk("disconnect usbmouse!\n");
    usb_kill_urb(myusb_kbd_urb);
    usb_free_urb(myusb_kbd_urb);

    usb_buffer_free(dev, len, usb_buf, usb_buf_phys);
    input_unregister_device(myusb_kbd_dev);
    input_free_device(myusb_kbd_dev);
}

/* 1. 分配/設置usb_driver */
static struct usb_driver usb_keyboarddriver = {
    .name        = "usb_keyboard",
    .probe       = usb_keyboardprobe,
    .disconnect  = usb_keyboarddisconnect,
    .id_table    = usb_keyboardid_table,
};


static int usb_keyboardinit(void)
{
    /* 2. 注冊 */
    usb_register(&usb_keyboarddriver);
    return 0;
}

static void usb_keyboardexit(void)
{
    usb_deregister(&usb_keyboarddriver);    
}

module_init(usb_keyboardinit);
module_exit(usb_keyboardexit);

MODULE_LICENSE("GPL");

四、測試

1. 燒寫內核，編譯/加載驅動模塊。

2. # cat /dev/tty1

3. # exec 0</dev/tty1 （直接可以用鍵盤操作開發板的控制台）