鍵盤驅動開發

鍵盤在所有的驅動之中最為簡單的一種，但它卻包含了驅動的基本框架，對以后繼續深入學習其他復雜的驅動大有裨益，以下便為你逐步剖析驅動的開發。采用的是查詢方式。
一.內核模塊的注冊和撤銷
　　在加載模塊的時候，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的實現了！現在我們一起進入下一步吧，是不是覺得其實沒什么難度的呢？別那么早開心著呢？這幾個函數的實現時候，涉及到很多技術，包括內核定時器，等待隊列的具體實現（阻塞方式），異步方式的具體實現技巧，循環隊列?？吹竭@么多技術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.設備的打開操作接口函數具體實現（Keypad_open)
設備打開一般包括兩大操作，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（）;//開啟內核定時器，在固定周期時間內獲取鍵盤新的變化
}
以下實現鍵盤鍵值獲取函數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,環形緩沖的寫指針是head，讀指針是tail，前面已經定義過了
////////////////////////////////鍵盤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表示沒有
}KEY_EVENT　
static KEY_EVENT cur_data,buf[BUFSIZE];//BUFSIZE為宏定義，用于定義環形緩沖的大小
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){////////循環隊列緩沖區的應用在此開始了^_^
　　　　 int last=head--;
　　　　 if(last<0)////////若已經到了對首之前，則跳到隊尾，以實現循環隊列
　　　　　　last=BUFSIZE-1;
　　 }
　　 //////按鍵信息存入循環隊列緩沖區中
　　 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);
}

接下來我們介紹其他幾個文件接口函數的實現
四.先介紹關閉函數keypad_release(),為什么先介紹它呢？道理很簡單，應該它比較簡單，先讓大家做下熱身運動，在介紹完這個之后，繼續會介紹一個比較復雜的函數.
　　關閉操作主要實現的是：關閉設備異步通知，設備計數器減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.設備讀取操作接口函數實現Keypad_read()
　 主要作用是從緩沖區讀取鍵值，通過調用get_data()實現，通過copy_to_user（）函數將鍵值復制到用戶的數據區中
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，將當前進程加入到等待隊列中
　 KEY_EVENT t;
　 ulong out_buf[2];
　 if(head==tail)//當前循環隊列中沒有數據可以讀取
　 {
　　　　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);//將當前進程加入等待隊列
　　　 current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;//設置當前進程的狀態
　　　 while((head==tail)&&!signal_pending(current))//假若還沒有數據到循環隊列并且當前進程沒有受到信號
　　　　{
　　　　　　　shedule();//進程調度
　　　　　　　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數據區
　　　　return count;
　　　
　 }
}
很自然我們就應該要介紹get_data()函數的實現了，該函數的功能就是從我們定義的循環隊列緩沖區中讀出我們要的鍵值，所以其實很簡單的如果理解循環隊列的原理，在此不多加解釋，大家應該具備一般的數據結構相關的知識吧
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，那么可以進入下面的學習了，主要介紹的是內核定時器的使用，利用等待隊列實現阻塞型I/O，poll系統調用，異步通知方式，介紹完之后，我將給出一個應用實例，對于有使用過文件操作系統調用的來說，對我們所寫的鍵盤驅動來說，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動開發！
六.內核定時器的使用
　　在該驅動中，我們假設對鍵盤的獲取是以0.2s為周期執行。源代碼如下
static struct timer_list timer;///////我們定義的定時器，也許你會問timer_list是什么來的，其實一看名稱就應該就知道了，而為什么要用到list那么多定時器呢？其實在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行某一系列特定任務的功能。下面我們還會給出內核中timer_list的具體描述，
 static int Keypad_starttimer(void)
{
　　 init_timer(&timer);//初始化定時器結構
　　 timer.function=Keypad_timer;//超時服務程序
　　 timer.expires=jiffies+20;//當前時刻加0.2s
　　 add_timer(&timer);
　　 return 0;
}
///超時服務程序
static void Keypad_timer(unsigned long data)
{
　　read_xy();
}
/////////接下來說下timer-list這個數據結構，如果你不感興趣的話可以跳過，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.利用等待隊列實現阻塞型IO
　　 在用戶程序執行讀操作的時候有可能尚且沒有數據可以讀取，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可以通過使用進程休眠方法實現。在無數據可以讀取的時候，采用等待隊列讓進程休眠，直到有數據到達的時候才喚醒進程完成數據的讀操作。
　　在本驅動中的read，若循環隊列緩沖區中沒有數據，則進程進入休眠態，定時器函數每隔0.2s讀取鍵值一次，將按鍵狀態放入緩沖并且適時喚醒進程讀取數據。
　 等待隊列的使用流程如下：
　 1.聲明一個等待隊列
　 2.把當前進程加入到等待隊列中
　 3.把進程的狀態設置為TASK_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，把當前進程從等待隊列中刪除，否則轉3循環
接下來我們在對read中有關等待隊列阻塞實現做具體的解釋
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，將當前進程加入到等待隊列中
　 KEY_EVENT t;
　 ulong out_buf[2];
　 if(head==tail)//當前循環隊列中沒有數據可以讀取
　 {
　　　　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);//將當前進程加入等待隊列
　　　 current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;//設置當前進程的狀態
　　　 while((head==tail)&&!signal_pending(current))//假若還沒有數據到循環隊列并且當前進程沒有受到信號（該類信號具體來說是未決的休眠）
　　　　{
　　　　　　　shedule();//進程調度
　　　　　　　current->state=TASK_INTERRUPTIBLE;
　　　　}
　　　　current->state=TASK_RUNNING;//該進程恢復執行
　　　　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數據區
　　　　return count;
　　　
　 }
}
八.poll系統調用操作接口函數
　 當程序需要進行對多個文件讀寫時，如果某個文件沒有準備好，則系統就會處于讀寫阻塞的狀態，這影響了其他文件的讀寫，為了避免讀寫阻塞，一般可以在應用程序中使用poll或者select函數。當poll函數返回時，會給出一個文件是否可讀寫的標志，應用程序根據不同的標志讀寫相應的文件，實現非阻塞的讀寫，poll（）函數通過poll系統調用，調用對應設備驅動的poll（）接口函數，poll返回不同的標志，告訴主進程文件是否可以讀寫，這些返回標志存放在includeasmpoll.h中
 
 標志　含義
 POLLIN　如果設備無阻塞的讀，就返回該值
 POLLRDNORM　通常的數據已經準備好，可以讀了，就返回
該值。通常的做法是會返回（POLLLIN|POLLRDNORA）
 POLLRDBAND　如果可以從設備讀出帶外數據，就返回該值，它只可在linux內核的某些網絡代碼中使用，通常不用在設備驅動程序中
 POLLPRI　如果可以無阻塞的讀取高優先級（帶外）數據，就返回該值，返回該值會導致select

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

POLLIN|POLLRDNORM，告訴主進程有新的

九.在設備驅動中實現異步通知
　 雖然大多數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備是否可以讀寫，但是如果驅動程序能避免主動的查詢，改主動為被動的信號通知觸發，則可以提高程序的效率，這也就是異步通知的目的。異步通知向進程發送SIGIO信號，通知訪問設備的進程，表示該設備已經準備好IO讀寫了。
　之后就是如何實現異步通知的問題了，要啟動異步通知，必須執行兩個步驟：首先，須要制定某個作為文件的“屬主”。文件屬主的進程ID保存在filp->f_owner中，這可以通過fcntl()系統調用執行F_SETOWN命令設置。此外，用戶程序還必須曙色之設備的FASYNC標志，以真正啟動異步通知機制。這里的FASYNC標志也使用fcntl（）設置。
　在完成這兩個步驟之后，當新數據到達時就會產生一個SIGNO信號，此信號發送到存放在filp->owner中的進程。
　從驅動的角度看，則主要時通過調用兩個內核提供的函數來實現就是了。他們分別是：int

fasync_helper()和void kill_fasync();這兩個函數定義在：includelinuxfsfcntl.h
　　要實現異步，驅動中只要如下編寫即可
static struct fasync_struct *fasync;//首先是定義一個結構體
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，鍵盤驅動已經介紹完了，接下來就介紹下一個利用使用驅動的應用實例了。
以下程序的主體是一個條件循環，每次循環執行一次，就讀取一次鍵值。
1。打開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;////下此循環退出
　　　　　　　　　　　break;
　　　　　。。。。。。。。。。。。。。。。。。
　　　}
　　}
}
3。關閉Keypad設備
close(fb);
printf("Good bye Keypad");
 
鍵盤驅動到此介紹完畢?。?/P>