鍵盤驅(qū)動開發(fā)

鍵盤在所有的驅(qū)動之中最為簡單的一種，但它卻包含了驅(qū)動的基本框架，對以后繼續(xù)深入學(xué)習(xí)其他復(fù)雜的驅(qū)動大有裨益，以下便為你逐步剖析驅(qū)動的開發(fā)。采用的是查詢方式。
一.內(nèi)核模塊的注冊和撤銷
　　在加載模塊的時候，首先運(yùn)行的是內(nèi)核模塊的注冊函數(shù)。它的功能包括內(nèi)核注冊設(shè)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(tǒng)與硬件驅(qū)動的接口
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具體函數(shù)的實(shí)現(xiàn)了！現(xiàn)在我們一起進(jìn)入下一步吧，是不是覺得其實(shí)沒什么難度的呢？別那么早開心著呢？這幾個函數(shù)的實(shí)現(xiàn)時候，涉及到很多技術(shù)，包括內(nèi)核定時器，等待隊列的具體實(shí)現(xiàn)（阻塞方式），異步方式的具體實(shí)現(xiàn)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(shè)備的打開操作接口函數(shù)具體實(shí)現(xiàn)（Keypad_open)
設(shè)備打開一般包括兩大操作，一是完成設(shè)備的初始化，二是設(shè)備引用計數(shù)器加1
static int Keypad_open(struct inode *inode,struct file *filp)
{
　read_xy();
　try_module_get(THIS_MODULE);//此函數(shù)為linux 2.6內(nèi)核增加的，不同于2.4內(nèi)核，功能是計數(shù)器的值加1
　return 0;
}
static void read_xy(void)
{
　new_data();//獲取鍵值函數(shù)
　keypad_starttimer（）;//開啟內(nèi)核定時器，在固定周期時間內(nèi)獲取鍵盤新的變化
}
以下實(shí)現(xiàn)鍵盤鍵值獲取函數(shù)read_xy()
主要是從KEY_CS(對應(yīng)的讀入地址，之前可以根據(jù)具體的硬件設(shè)備定義，比如＃define kEY_CS(*

(volatile unsigned short *)(0xf820000))此處應(yīng)該根據(jù)具體的不同而不同！
將讀入的鍵值存入buf[]緩存中,環(huán)形緩沖的寫指針是head，讀指針是tail，前面已經(jīng)定義過了
////////////////////////////////鍵盤事件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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(shù)據(jù)，若有一個為0則表示有一個按鍵被按下了（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(qū)的應(yīng)用在此開始了^_^
　　　　 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(xiàn)循環(huán)隊列
　　　　　　last=BUFSIZE-1;
　　 }
　　 //////按鍵信息存入循環(huán)隊列緩沖區(qū)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);
}

接下來我們介紹其他幾個文件接口函數(shù)的實(shí)現(xiàn)
四.先介紹關(guān)閉函數(shù)keypad_release(),為什么先介紹它呢？道理很簡單，應(yīng)該它比較簡單，先讓大家做下熱身運(yùn)動，在介紹完這個之后，繼續(xù)會介紹一個比較復(fù)雜的函數(shù).
　　關(guān)閉操作主要實(shí)現(xiàn)的是：關(guān)閉設(shè)備異步通知，設(shè)備計數(shù)器減1，刪除定時器信號中斷
static int Keypad_release(struct inode *inode,struct)
{
　 Keypad_fasync(-1,filp,0);
　module_put(THIS_MODULE);
 del_timer(&timer);
 return 0;
}
五.設(shè)備讀取操作接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)Keypad_read()
　 主要作用是從緩沖區(qū)讀取鍵值，通過調(diào)用get_data()實(shí)現(xiàn)，通過copy_to_user（）函數(shù)將鍵值復(fù)制到用戶的數(shù)據(jù)區(qū)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(dāng)前進(jìn)程加入到等待隊列中
　 KEY_EVENT t;
　 ulong out_buf[2];
　 if(head==tail)//當(dāng)前循環(huán)隊列中沒有數(shù)據(jù)可以讀取
　 {
　　　　if(filp->f_flags & O_NONBLOCK)//假如用戶采用的是非堵塞方式讀取
　　　　　　 return _EAGAIN;
　　　 add_wait_queue(&queue,&wait);//將當(dāng)前進(jìn)程加入等待隊列
　　　 current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;//設(shè)置當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)
　　　 while((head==tail)&&!signal_pending(current))//假若還沒有數(shù)據(jù)到循環(huán)隊列并且當(dāng)前進(jìn)程沒有受到信號
　　　　{
　　　　　　　shedule();//進(jìn)程調(diào)度
　　　　　　　current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;
　　　　}
　　　　current->state=TASK_RUNNING;
　　　　remove_wait_queue(&queue,&wait);
　　　　if(head==tail)
　　　　　 return count;
　　　　t=get_data();//調(diào)用get_data()函數(shù)，得到緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，下面將給予詳細(xì)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數(shù)據(jù)區(qū)
　　　　return count;
　　　
　 }
}
很自然我們就應(yīng)該要介紹get_data()函數(shù)的實(shí)現(xiàn)了，該函數(shù)的功能就是從我們定義的循環(huán)隊列緩沖區(qū)中讀出我們要的鍵值，所以其實(shí)很簡單的如果理解循環(huán)隊列的原理，在此不多加解釋，大家應(yīng)該具備一般的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)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，那么可以進(jìn)入下面的學(xué)習(xí)了，主要介紹的是內(nèi)核定時器的使用，利用等待隊列實(shí)現(xiàn)阻塞型I/O，poll系統(tǒng)調(diào)用，異步通知方式，介紹完之后，我將給出一個應(yīng)用實(shí)例，對于有使用過文件操作系統(tǒng)調(diào)用的來說，對我們所寫的鍵盤驅(qū)動來說，他們基本上是一樣的。廢話少說，我們馬上開始我們精彩的驅(qū)動開發(fā)！
六.內(nèi)核定時器的使用
　　在該驅(qū)動中，我們假設(shè)對鍵盤的獲取是以0.2s為周期執(zhí)行。源代碼如下
static struct timer_list timer;///////我們定義的定時器，也許你會問timer_list是什么來的，其實(shí)一看名稱就應(yīng)該就知道了，而為什么要用到list那么多定時器呢？其實(shí)在linux中還有很多相同的定義，比如說信號，我們定義的也是信號集，你可以定義該list是一個元素的，也可以是多個的。所以對于timer_list就可以這樣描述：在未來某一個特定時刻執(zhí)行某一系列特定任務(wù)的功能。下面我們還會給出內(nèi)核中timer_list的具體描述，
 static int Keypad_starttimer(void)
{
　　 init_timer(&timer);//初始化定時器結(jié)構(gòu)
　　 timer.function=Keypad_timer;//超時服務(wù)程序
　　 timer.expires=jiffies+20;//當(dāng)前時刻加0.2s
　　 add_timer(&timer);
　　 return 0;
}
///超時服務(wù)程序
static void Keypad_timer(unsigned long data)
{
　　read_xy();
}
/////////接下來說下timer-list這個數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，如果你不感興趣的話可以跳過，該結(jié)構(gòu)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(xiàn)阻塞型IO
　　 在用戶程序執(zhí)行讀操作的時候有可能尚且沒有數(shù)據(jù)可以讀取，為此需要讓read操作等待，直到有數(shù)據(jù)可以讀取，這就是阻塞型io，阻塞型io可以通過使用進(jìn)程休眠方法實(shí)現(xiàn)。在無數(shù)據(jù)可以讀取的時候，采用等待隊列讓進(jìn)程休眠，直到有數(shù)據(jù)到達(dá)的時候才喚醒進(jìn)程完成數(shù)據(jù)的讀操作。
　　在本驅(qū)動中的read，若循環(huán)隊列緩沖區(qū)中沒有數(shù)據(jù)，則進(jìn)程進(jìn)入休眠態(tài)，定時器函數(shù)每隔0.2s讀取鍵值一次，將按鍵狀態(tài)放入緩沖并且適時喚醒進(jìn)程讀取數(shù)據(jù)。
　 等待隊列的使用流程如下：
　 1.聲明一個等待隊列
　 2.把當(dāng)前進(jìn)程加入到等待隊列中
　 3.把進(jìn)程的狀態(tài)設(shè)置為TASK_INTERRUPTIBLE或TASK_UNINTERRUPTIBLE;
　 4.調(diào)用schedule，以讓出cpu
　5.檢測所需要的資源是否可用，若是，把當(dāng)前進(jìn)程從等待隊列中刪除，否則轉(zhuǎn)3循環(huán)
接下來我們在對read中有關(guān)等待隊列阻塞實(shí)現(xiàn)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(dāng)前進(jìn)程加入到等待隊列中
　 KEY_EVENT t;
　 ulong out_buf[2];
　 if(head==tail)//當(dāng)前循環(huán)隊列中沒有數(shù)據(jù)可以讀取
　 {
　　　　if(filp->f_flags & O_NONBLOCK)//假如用戶采用的是非堵塞方式讀取
　　　　　　 return _EAGAIN;
　　　 add_wait_queue(&queue,&wait);//將當(dāng)前進(jìn)程加入等待隊列
　　　 current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;//設(shè)置當(dāng)前進(jìn)程的狀態(tài)
　　　 while((head==tail)&&!signal_pending(current))//假若還沒有數(shù)據(jù)到循環(huán)隊列并且當(dāng)前進(jìn)程沒有受到信號（該類信號具體來說是未決的休眠）
　　　　{
　　　　　　　shedule();//進(jìn)程調(diào)度
　　　　　　　current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;
　　　　}
　　　　current->state=TASK_RUNNING;//該進(jìn)程恢復(fù)執(zhí)行
　　　　remove_wait_queue(&queue,&wait);//移出等待隊列
　　　　if(head==tail)
　　　　　 return count;
　　　　t=get_data();//調(diào)用get_data()函數(shù)，得到緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，下面將給予詳細(xì)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數(shù)據(jù)區(qū)
　　　　return count;
　　　
　 }
}
八.poll系統(tǒng)調(diào)用操作接口函數(shù)
　 當(dāng)程序需要進(jìn)行對多個文件讀寫時，如果某個文件沒有準(zhǔn)備好，則系統(tǒng)就會處于讀寫阻塞的狀態(tài)，這影響了其他文件的讀寫，為了避免讀寫阻塞，一般可以在應(yīng)用程序中使用poll或者select函數(shù)。當(dāng)poll函數(shù)返回時，會給出一個文件是否可讀寫的標(biāo)志，應(yīng)用程序根據(jù)不同的標(biāo)志讀寫相應(yīng)的文件，實(shí)現(xiàn)非阻塞的讀寫，poll（）函數(shù)通過poll系統(tǒng)調(diào)用，調(diào)用對應(yīng)設(shè)備驅(qū)動的poll（）接口函數(shù)，poll返回不同的標(biāo)志，告訴主進(jìn)程文件是否可以讀寫，這些返回標(biāo)志存放在includeasmpoll.h中
 
 標(biāo)志　含義
 POLLIN　如果設(shè)備無阻塞的讀，就返回該值
 POLLRDNORM　通常的數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好，可以讀了，就返回
該值。通常的做法是會返回（POLLLIN|POLLRDNORA）
 POLLRDBAND　如果可以從設(shè)備讀出帶外數(shù)據(jù)，就返回該值，它只可在linux內(nèi)核的某些網(wǎng)絡(luò)代碼中使用，通常不用在設(shè)備驅(qū)動程序中
 POLLPRI　如果可以無阻塞的讀取高優(yōu)先級（帶外）數(shù)據(jù)，就返回該值，返回該值會導(dǎo)致select

報告文件發(fā)生異常，以為select八帶外數(shù)據(jù)當(dāng)作異常處理POLLHUP　當(dāng)讀設(shè)備的進(jìn)程到達(dá)文件尾時，驅(qū)動程序必須返回該值，依照select的功能描述，調(diào)用select的進(jìn)程被告知進(jìn)程時可讀的。
 POLLERR　如果設(shè)備發(fā)生錯誤，就返回該值。
 POLLOUT　如果設(shè)備可以無阻塞地些，就返回該值
 POLLWRNORM　設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好，可以寫了，就返回該值。通常地做法是（POLLOUT|POLLNORM）
 POLLWRBAND　于POLLRDBAND類似
在本章地驅(qū)動程序中，Keypad_poll（）函數(shù)在緩沖區(qū)有新數(shù)據(jù)時（當(dāng)head?。絫ail），返回一個

POLLIN|POLLRDNORM，告訴主進(jìn)程有新的

九.在設(shè)備驅(qū)動中實(shí)現(xiàn)異步通知
　 雖然大多數(shù)時候阻塞型和非阻塞型操作的組合及poll方法可以有效查詢設(shè)備是否可以讀寫，但是如果驅(qū)動程序能避免主動的查詢，改主動為被動的信號通知觸發(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，通知訪問設(shè)備的進(jìn)程，表示該設(shè)備已經(jīng)準(zhǔn)備好IO讀寫了。
　之后就是如何實(shí)現(xiàn)異步通知的問題了，要啟動異步通知，必須執(zhí)行兩個步驟：首先，須要制定某個作為文件的“屬主”。文件屬主的進(jìn)程ID保存在filp->f_owner中，這可以通過fcntl()系統(tǒng)調(diào)用執(zhí)行F_SETOWN命令設(shè)置。此外，用戶程序還必須曙色之設(shè)備的FASYNC標(biāo)志，以真正啟動異步通知機(jī)制。這里的FASYNC標(biāo)志也使用fcntl（）設(shè)置。
　在完成這兩個步驟之后，當(dāng)新數(shù)據(jù)到達(dá)時就會產(chǎn)生一個SIGNO信號，此信號發(fā)送到存放在filp->owner中的進(jìn)程。
　從驅(qū)動的角度看，則主要時通過調(diào)用兩個內(nèi)核提供的函數(shù)來實(shí)現(xiàn)就是了。他們分別是：int

fasync_helper()和void kill_fasync();這兩個函數(shù)定義在：includelinuxfsfcntl.h
　　要實(shí)現(xiàn)異步，驅(qū)動中只要如下編寫即可
static struct fasync_struct *fasync;//首先是定義一個結(jié)構(gòu)體
static int Keypad_release(struct inode *inode,struct file *filp)
{
　 Keypad_fasync(-1,filp,0);//這是一個異步通知
 。。。。。。。
}
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，鍵盤驅(qū)動已經(jīng)介紹完了，接下來就介紹下一個利用使用驅(qū)動的應(yīng)用實(shí)例了。
以下程序的主體是一個條件循環(huán)，每次循環(huán)執(zhí)行一次，就讀取一次鍵值。
1。打開Keypad設(shè)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(shè)備
close(fb);
printf("Good bye Keypad");
 
鍵盤驅(qū)動到此介紹完畢！！