鍵盤(pán)驅動(dòng)開(kāi)發(fā)

鍵盤(pán)在所有的驅動(dòng)之中最為簡(jiǎn)單的一種，但它卻包含了驅動(dòng)的基本框架，對以后繼續深入學(xué)習其他復雜的驅動(dòng)大有裨益，以下便為你逐步剖析驅動(dòng)的開(kāi)發(fā)。采用的是查詢(xún)方式。
一.內核模塊的注冊和撤銷(xiāo)
　　在加載模塊的時(shí)候，首先運行的是內核模塊的注冊函數。它的功能包括內核注冊設備以及變量的初始化。
static int head,tail;
int　_init Keypad_init(void)
{
　 int result;
　 result=register_chrdev(KEY_LED_MAJOR,KEY_LED_NAME,&Keypad_fops);
　Keypad_clear();
　init_waitqueue_head(&queue);
　prink("%s %s initialized.n",KEY_LED_NAME,KEY_LED_VERSION);//不能用prinf
 return 0;
}
module_init(Keypad_init);//加載模塊
void _exit Keypad_cleanup(void)
{
　 del_timer(&timer);
　 unregister_chrdev(KEY_LED_MAJOR,KEY_LED_NAME);
　 prink("Keypad driver removed n");
}
module_exit(Keypad_cleanup);//卸載該模塊
二.虛擬文件系統與硬件驅動(dòng)的接口
static struct file_operations Keypad_fops={
　open:Keypad_open,
　read:Keypad_read,
　poll:Keypad_poll,
　fasync:Keypad_fasync,
 release:Keypad_release,
};
該接口定義完之后一些便是對這幾個(gè)具體函數的實(shí)現了！現在我們一起進(jìn)入下一步吧，是不是覺(jué)得其實(shí)沒(méi)什么難度的呢？別那么早開(kāi)心著(zhù)呢？這幾個(gè)函數的實(shí)現時(shí)候，涉及到很多技術(shù)，包括內核定時(shí)器，等待隊列的具體實(shí)現（阻塞方式），異步方式的具體實(shí)現技巧，循環(huán)隊列?？吹竭@么多技術(shù)你是否感到很興奮呢？以下本人將以通俗的方式為你講解，希望你能理解。
三.設備的打開(kāi)操作接口函數具體實(shí)現（Keypad_open)
設備打開(kāi)一般包括兩大操作，一是完成設備的初始化，二是設備引用計數器加1
static int Keypad_open(struct inode *inode,struct file *filp)
{
　read_xy();
　try_module_get(THIS_MODULE);//此函數為linux 2.6內核增加的，不同于2.4內核，功能是計數器的值加1
　return 0;
}
static void read_xy(void)
{
　new_data();//獲取鍵值函數
　keypad_starttimer（）;//開(kāi)啟內核定時(shí)器，在固定周期時(shí)間內獲取鍵盤(pán)新的變化
}
以下實(shí)現鍵盤(pán)鍵值獲取函數read_xy()
主要是從KEY_CS(對應的讀入地址，之前可以根據具體的硬件設備定義，比如＃define kEY_CS(*

(volatile unsigned short *)(0xf820000))此處應該根據具體的不同而不同！
將讀入的鍵值存入buf[]緩存中,環(huán)形緩沖的寫(xiě)指針是head，讀指針是tail，前面已經(jīng)定義過(guò)了
////////////////////////////////鍵盤(pán)事件的數據結構定義/////////////////////////////////
typedef struct{
　ulong status;//按鍵的值
　ulong click;//是否有按鍵按下，1表示有，0表示沒(méi)有
}KEY_EVENT　
static KEY_EVENT cur_data,buf[BUFSIZE];//BUFSIZE為宏定義，用于定義環(huán)形緩沖的大小
static void new_data(void)
{
　if((KEY_CS & 0xff)!=0xff)　//從KEY_CS地址讀入數據，若有一個(gè)為0則表示有一個(gè)按鍵被按下了（此處硬件電路為低電平有效）
　{
　　　　switch(KEY_CS & 0xff){
　　　　　　 case ~KEY0 & 0xff:
　　　　　　　　　　　cur_data.status=1;///////1被按下
　　　　　　　　　　　break;
　　　　　　
　　　　　　　case ~KEY1 & 0xff:
　　　　　　　　　　　cur_data.status=2;//2被按下
　　　　　　　　　　　break;
　　　　　　　/////////其他一樣添加，懂嗎？？
　　　　 }
　　　　　cur_data.click=1;
　　 }
　　 else if(KEY_CS & 0xff==0xff){
　　　　 cur_data.click=0;
　　　　cur_data.status=0;
　　 }
　　 if(head!=tail){////////循環(huán)隊列緩沖區的應用在此開(kāi)始了^_^
　　　　 int last=head--;
　　　　 if(last<0)////////若已經(jīng)到了對首之前，則跳到隊尾，以實(shí)現循環(huán)隊列
　　　　　　last=BUFSIZE-1;
　　 }
　　 //////按鍵信息存入循環(huán)隊列緩沖區中
　　 buf[head]=cur_data;
　　if(++head==BUFSIZE)
　　　 head=0;
　　if(head==tail && tail++=BUFSIZE)
　　　tail=0;
　　if(fasync)
　　　kill_fasync(&fasyc,SIGIO,POLL_IN);
　　wake_up_interruptible(&queue);
}

接下來(lái)我們介紹其他幾個(gè)文件接口函數的實(shí)現
四.先介紹關(guān)閉函數keypad_release(),為什么先介紹它呢？道理很簡(jiǎn)單，應該它比較簡(jiǎn)單，先讓大家做下熱身運動(dòng)，在介紹完這個(gè)之后，繼續會(huì )介紹一個(gè)比較復雜的函數.
　　關(guān)閉操作主要實(shí)現的是：關(guān)閉設備異步通知，設備計數器減1，刪除定時(shí)器信號中斷
static int Keypad_release(struct inode *inode,struct)
{
　 Keypad_fasync(-1,filp,0);
　module_put(THIS_MODULE);
 del_timer(&timer);
 return 0;
}
五.設備讀取操作接口函數實(shí)現Keypad_read()
　 主要作用是從緩沖區讀取鍵值，通過(guò)調用get_data()實(shí)現，通過(guò)copy_to_user（）函數將鍵值復制到用戶(hù)的數據區中
static ssize_t Keypad_read(struct file *filp,char *buf,ssize_t count,loff_t *l)
{
　 DECLEARE_WAITQUEUE(wait,current);//聲明等待隊列，將當前進(jìn)程加入到等待隊列中
　 KEY_EVENT t;
　 ulong out_buf[2];
　 if(head==tail)//當前循環(huán)隊列中沒(méi)有數據可以讀取
　 {
　　　　if(filp->f_flags & O_NONBLOCK)//假如用戶(hù)采用的是非堵塞方式讀取
　　　　　　 return _EAGAIN;
　　　 add_wait_queue(&queue,&wait);//將當前進(jìn)程加入等待隊列
　　　 current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;//設置當前進(jìn)程的狀態(tài)
　　　 while((head==tail)&&!signal_pending(current))//假若還沒(méi)有數據到循環(huán)隊列并且當前進(jìn)程沒(méi)有受到信號
　　　　{
　　　　　　　shedule();//進(jìn)程調度
　　　　　　　current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;
　　　　}
　　　　current->state=TASK_RUNNING;
　　　　remove_wait_queue(&queue,&wait);
　　　　if(head==tail)
　　　　　 return count;
　　　　t=get_data();//調用get_data()函數，得到緩沖區中的數據，下面將給予詳細的 介紹
　　　　out_buf[0]=t.status;
　　　　out_buf[1]=t.click;
　　　　copy_to_user(buf,&out_buf,sizeof(out_buf));//將得到的鍵值拷貝到用戶(hù)數據區
　　　　return count;
　　　
　 }
}
很自然我們就應該要介紹get_data()函數的實(shí)現了，該函數的功能就是從我們定義的循環(huán)隊列緩沖區中讀出我們要的鍵值，所以其實(shí)很簡(jiǎn)單的如果理解循環(huán)隊列的原理，在此不多加解釋?zhuān)蠹覒摼邆湟话愕臄祿Y構相關(guān)的知識吧
static KEY_EVENT get_data(void)
{
　　 int last=tail
　　 if(++tail==BUFSIZE)
　　　　tail=0;
　　 return buf[last];
}
上面如果你看得懂得話(huà)，那么可以進(jìn)入下面的學(xué)習了，主要介紹的是內核定時(shí)器的使用，利用等待隊列實(shí)現阻塞型I/O，poll系統調用，異步通知方式，介紹完之后，我將給出一個(gè)應用實(shí)例，對于有使用過(guò)文件操作系統調用的來(lái)說(shuō)，對我們所寫(xiě)的鍵盤(pán)驅動(dòng)來(lái)說(shuō)，他們基本上是一樣的。廢話(huà)少說(shuō)，我們馬上開(kāi)始我們精彩的驅動(dòng)開(kāi)發(fā)！
六.內核定時(shí)器的使用
　　在該驅動(dòng)中，我們假設對鍵盤(pán)的獲取是以0.2s為周期執行。源代碼如下
static struct timer_list timer;///////我們定義的定時(shí)器，也許你會(huì )問(wèn)timer_list是什么來(lái)的，其實(shí)一看名稱(chēng)就應該就知道了，而為什么要用到list那么多定時(shí)器呢？其實(shí)在linux中還有很多相同的定義，比如說(shuō)信號，我們定義的也是信號集，你可以定義該list是一個(gè)元素的，也可以是多個(gè)的。所以對于timer_list就可以這樣描述：在未來(lái)某一個(gè)特定時(shí)刻執行某一系列特定任務(wù)的功能。下面我們還會(huì )給出內核中timer_list的具體描述，
 static int Keypad_starttimer(void)
{
　　 init_timer(&timer);//初始化定時(shí)器結構
　　 timer.function=Keypad_timer;//超時(shí)服務(wù)程序
　　 timer.expires=jiffies+20;//當前時(shí)刻加0.2s
　　 add_timer(&timer);
　　 return 0;
}
///超時(shí)服務(wù)程序
static void Keypad_timer(unsigned long data)
{
　　read_xy();
}
/////////接下來(lái)說(shuō)下timer-list這個(gè)數據結構，如果你不感興趣的話(huà)可以跳過(guò)，該結構在

includelinuxtimer.h中定義
struct timer_list
{
　　 struct list_head entry;
　　 unsigned long expries;
　　spinlock_t lock;
　　unsigned long magic;
　　void (*function)(unsigned long);
　　unsigner long data;
　　struct tvec_t_base_s *base;
}
七.利用等待隊列實(shí)現阻塞型IO
　　 在用戶(hù)程序執行讀操作的時(shí)候有可能尚且沒(méi)有數據可以讀取，為此需要讓read操作等待，直到有數據可以讀取，這就是阻塞型io，阻塞型io可以通過(guò)使用進(jìn)程休眠方法實(shí)現。在無(wú)數據可以讀取的時(shí)候，采用等待隊列讓進(jìn)程休眠，直到有數據到達的時(shí)候才喚醒進(jìn)程完成數據的讀操作。
　　在本驅動(dòng)中的read，若循環(huán)隊列緩沖區中沒(méi)有數據，則進(jìn)程進(jìn)入休眠態(tài)，定時(shí)器函數每隔0.2s讀取鍵值一次，將按鍵狀態(tài)放入緩沖并且適時(shí)喚醒進(jìn)程讀取數據。
　 等待隊列的使用流程如下：
　 1.聲明一個(gè)等待隊列
　 2.把當前進(jìn)程加入到等待隊列中
　 3.把進(jìn)程的狀態(tài)設置為T(mén)ASK_INTERRUPTIBLE或TASK_UNINTERRUPTIBLE;
　 4.調用schedule，以讓出cpu
　5.檢測所需要的資源是否可用，若是，把當前進(jìn)程從等待隊列中刪除，否則轉3循環(huán)
接下來(lái)我們在對read中有關(guān)等待隊列阻塞實(shí)現做具體的解釋
static ssize_t Keypad_read(struct file *filp,char *buf,ssize_t count,loff_t *l)
{
　 DECLEARE_WAITQUEUE(wait,current);//聲明等待隊列，將當前進(jìn)程加入到等待隊列中
　 KEY_EVENT t;
　 ulong out_buf[2];
　 if(head==tail)//當前循環(huán)隊列中沒(méi)有數據可以讀取
　 {
　　　　if(filp->f_flags & O_NONBLOCK)//假如用戶(hù)采用的是非堵塞方式讀取
　　　　　　 return _EAGAIN;
　　　 add_wait_queue(&queue,&wait);//將當前進(jìn)程加入等待隊列
　　　 current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;//設置當前進(jìn)程的狀態(tài)
　　　 while((head==tail)&&!signal_pending(current))//假若還沒(méi)有數據到循環(huán)隊列并且當前進(jìn)程沒(méi)有受到信號（該類(lèi)信號具體來(lái)說(shuō)是未決的休眠）
　　　　{
　　　　　　　shedule();//進(jìn)程調度
　　　　　　　current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;
　　　　}
　　　　current->state=TASK_RUNNING;//該進(jìn)程恢復執行
　　　　remove_wait_queue(&queue,&wait);//移出等待隊列
　　　　if(head==tail)
　　　　　 return count;
　　　　t=get_data();//調用get_data()函數，得到緩沖區中的數據，下面將給予詳細的 介紹
　　　　out_buf[0]=t.status;
　　　　out_buf[1]=t.click;
　　　　copy_to_user(buf,&out_buf,sizeof(out_buf));//將得到的鍵值拷貝到用戶(hù)數據區
　　　　return count;
　　　
　 }
}
八.poll系統調用操作接口函數
　 當程序需要進(jìn)行對多個(gè)文件讀寫(xiě)時(shí)，如果某個(gè)文件沒(méi)有準備好，則系統就會(huì )處于讀寫(xiě)阻塞的狀態(tài)，這影響了其他文件的讀寫(xiě)，為了避免讀寫(xiě)阻塞，一般可以在應用程序中使用poll或者select函數。當poll函數返回時(shí)，會(huì )給出一個(gè)文件是否可讀寫(xiě)的標志，應用程序根據不同的標志讀寫(xiě)相應的文件，實(shí)現非阻塞的讀寫(xiě)，poll（）函數通過(guò)poll系統調用，調用對應設備驅動(dòng)的poll（）接口函數，poll返回不同的標志，告訴主進(jìn)程文件是否可以讀寫(xiě)，這些返回標志存放在includeasmpoll.h中
 
 標志　含義
 POLLIN　如果設備無(wú)阻塞的讀，就返回該值
 POLLRDNORM　通常的數據已經(jīng)準備好，可以讀了，就返回
該值。通常的做法是會(huì )返回（POLLLIN|POLLRDNORA）
 POLLRDBAND　如果可以從設備讀出帶外數據，就返回該值，它只可在linux內核的某些網(wǎng)絡(luò )代碼中使用，通常不用在設備驅動(dòng)程序中
 POLLPRI　如果可以無(wú)阻塞的讀取高優(yōu)先級（帶外）數據，就返回該值，返回該值會(huì )導致select

報告文件發(fā)生異常，以為select八帶外數據當作異常處理POLLHUP　當讀設備的進(jìn)程到達文件尾時(shí)，驅動(dòng)程序必須返回該值，依照select的功能描述，調用select的進(jìn)程被告知進(jìn)程時(shí)可讀的。
 POLLERR　如果設備發(fā)生錯誤，就返回該值。
 POLLOUT　如果設備可以無(wú)阻塞地些，就返回該值
 POLLWRNORM　設備已經(jīng)準備好，可以寫(xiě)了，就返回該值。通常地做法是（POLLOUT|POLLNORM）
 POLLWRBAND　于POLLRDBAND類(lèi)似
在本章地驅動(dòng)程序中，Keypad_poll（）函數在緩沖區有新數據時(shí)（當head?。絫ail），返回一個(gè)

POLLIN|POLLRDNORM，告訴主進(jìn)程有新的

九.在設備驅動(dòng)中實(shí)現異步通知
　 雖然大多數時(shí)候阻塞型和非阻塞型操作的組合及poll方法可以有效查詢(xún)設備是否可以讀寫(xiě)，但是如果驅動(dòng)程序能避免主動(dòng)的查詢(xún)，改主動(dòng)為被動(dòng)的信號通知觸發(fā)，則可以提高程序的效率，這也就是異步通知的目的。異步通知向進(jìn)程發(fā)送SIGIO信號，通知訪(fǎng)問(wèn)設備的進(jìn)程，表示該設備已經(jīng)準備好IO讀寫(xiě)了。
　之后就是如何實(shí)現異步通知的問(wèn)題了，要啟動(dòng)異步通知，必須執行兩個(gè)步驟：首先，須要制定某個(gè)作為文件的“屬主”。文件屬主的進(jìn)程ID保存在filp->f_owner中，這可以通過(guò)fcntl()系統調用執行F_SETOWN命令設置。此外，用戶(hù)程序還必須曙色之設備的FASYNC標志，以真正啟動(dòng)異步通知機制。這里的FASYNC標志也使用fcntl（）設置。
　在完成這兩個(gè)步驟之后，當新數據到達時(shí)就會(huì )產(chǎn)生一個(gè)SIGNO信號，此信號發(fā)送到存放在filp->owner中的進(jìn)程。
　從驅動(dòng)的角度看，則主要時(shí)通過(guò)調用兩個(gè)內核提供的函數來(lái)實(shí)現就是了。他們分別是：int

fasync_helper()和void kill_fasync();這兩個(gè)函數定義在：includelinuxfsfcntl.h
　　要實(shí)現異步，驅動(dòng)中只要如下編寫(xiě)即可
static struct fasync_struct *fasync;//首先是定義一個(gè)結構體
static int Keypad_release(struct inode *inode,struct file *filp)
{
　 Keypad_fasync(-1,filp,0);//這是一個(gè)異步通知
 。。。。。。。
}
static int Keypad_fasync(int fd,struct file *filp,int on)
{
　 int retval;
　retval=fasync_helper(fd,filp,on,&fasync);
　if(retval<0)
　　 return retval;
　return 0;
}
到此為止，鍵盤(pán)驅動(dòng)已經(jīng)介紹完了，接下來(lái)就介紹下一個(gè)利用使用驅動(dòng)的應用實(shí)例了。
以下程序的主體是一個(gè)條件循環(huán)，每次循環(huán)執行一次，就讀取一次鍵值。
1。打開(kāi)Keypad設備
 #define DEV_NAME "/dev/Keypad"
int fb=0;
fb=open(DEV_NAME,O_RNONLY);
if(!fb){
　　printf("Error:cannot open Keypad device.n");
　 exit(1);
}
printf("The Keypad device was opened successfully.n");
}
2.讀取鍵值
unsigned long keydata[2];
int input=1;
while(input!=0)
{
　　if(read(fd,(char*)keydata,sizeof(keydata))==-1){
　　　 printf("Error reading the keypad data");
　　　 close(fb);
　　　 exit(2);
　　 }
　　 if(keydata[0]){
　　　switch(keydata[1]){
　　　　　case 1:printf("KEYPUSED 1");//1鍵被按下
　　　　　　　　　　　input=0;////下此循環(huán)退出
　　　　　　　　　　　break;
　　　　　。。。。。。。。。。。。。。。。。。
　　　}
　　}
}
3。關(guān)閉Keypad設備
close(fb);
printf("Good bye Keypad");
 
鍵盤(pán)驅動(dòng)到此介紹完畢??！