Linux驱动开发（十四）---USB驱动开发学习（键盘+鼠标）
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《Linux驱动开发（一）—环境搭建与hello world》
《Linux驱动开发（二）—驱动与设备的分离设计》
《Linux驱动开发（三）—设备树》
《Linux驱动开发（四）—树莓派内核编译》
《Linux驱动开发（五）—树莓派设备树配合驱动开发》
《Linux驱动开发（六）—树莓派配合硬件进行字符驱动开发》
《Linux驱动开发（七）—树莓派按键驱动开发》
《Linux驱动开发（八）—树莓派SR04驱动开发》
《Linux驱动开发（九）—树莓派I2C设备驱动开发（BME280）》
《Linux驱动开发（十）—树莓派输入子系统学习（红外接收）》
《Linux驱动开发（十一）—树莓派SPI驱动学习（OLED）》
《Linux驱动开发（十二）—树莓派framebuffer学习（改造OLED）》
《Linux驱动开发（十三）—USB驱动HID开发学习（鼠标）》
继续宣传一下韦老师的视频
70天30节Linux驱动开发快速入门系列课程【实战教学、技术讨论、直播答疑】
昨天学习了一下usb鼠标的简单识别，今天来完整的写一套键盘和鼠标的驱动，起码能够支持树莓派使用的。
先来写一下键盘的驱动。
键盘驱动框架
框架部分很简单，和昨天的鼠标基本一样，但是今天这里的table_id，要用一个通用定义，保证识别出所有的usb键盘。
#include 下
这个宏有两个参数，第一个参数设备名，第二个参数该设备加入到模块中时对应产生的设备搜索符号，这个宏生成了一个名为__mod_pci_device_table
局部变量，这个变量指向第二个参数
*/
MODULE_DEVICE_TABLE (usb,usb_kbd_id_table);
//USB设备信息与驱动端匹配成功的时候调用。
static int myusbkbd_probe(struct usb_interface *intf,const struct usb_device_id *id) //资源探索函数
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
printk("USB驱动匹配成功! ID: 0x%X,0x%X\n",id->idVendor,id->idProduct);
return 0;
}
//USB断开的时候调用
static void myusbkbd_disconnect(struct usb_interface *intf)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
printk("USB 设备释放成功!\n");
}
//定义USB驱动结构体
static struct usb_driver myusbkbd_driver =
{
.name = "myusbkbd_drv",
.probe = myusbkbd_probe,
.disconnect = myusbkbd_disconnect,
.id_table = usb_kbd_id_table,
};
static int __init myusbkbd_init(void)
{
//注册USB设备驱动
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
usb_register(&myusbkbd_driver);
return 0;
}
static void __exit myusbkbd_exit(void)
{
//注销USB设备驱动
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
usb_deregister(&myusbkbd_driver);
}
module_init(myusbkbd_init);
module_exit(myusbkbd_exit);
MODULE_AUTHOR("PGG");
MODULE_LICENSE("GPL");
还是来测试一下效果，能否顺利加载
[ 194.723576] drivers/char/myusbkbd.c myusbkbd_init 54
[ 194.723771] usbcore: registered new interface driver myusbkbd_drv
[ 200.588535] usb 1-1.3: new low-speed USB device number 6 using dwc_otg
[ 200.733864] usb 1-1.3: New USB device found, idVendor=0c45, idProduct=760b, bcdDevice= 1.05
[ 200.733901] usb 1-1.3: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=0
[ 200.733921] usb 1-1.3: Product: USB Keyboard
[ 200.733937] usb 1-1.3: Manufacturer: SONiX
[ 200.735207] drivers/char/myusbkbd.c myusbkbd_probe 29
[ 200.735228] USB驱动匹配成功! ID: 0x0,0x0
加载在成功！！不过不清楚为啥ID没有读出来。
尝试一下，修改为按照ID匹配
static const struct usb_device_id my_usbkbd_id_table[] =
{
{USB_DEVICE(0x0c45,0x760b)},//键盘
{}
};
结果又执行了两次probe函数
[ 124.011262] drivers/char/myusbkbd.c myusbkbd_init 58
[ 124.011457] usbcore: registered new interface driver myusbkbd_drv
[ 130.851294] usb 1-1.3: new low-speed USB device number 5 using dwc_otg
[ 130.996576] usb 1-1.3: New USB device found, idVendor=0c45, idProduct=760b, bcdDevice= 1.05
[ 130.996613] usb 1-1.3: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=0
[ 130.996633] usb 1-1.3: Product: USB Keyboard
[ 130.996650] usb 1-1.3: Manufacturer: SONiX
[ 130.997809] drivers/char/myusbkbd.c myusbkbd_probe 33
[ 130.997829] USB驱动匹配成功! ID: 0xC45,0x760B
[ 130.998194] drivers/char/myusbkbd.c myusbkbd_probe 33
[ 130.998211] USB驱动匹配成功! ID: 0xC45,0x760B
着实有点费解。不去想了。
丰富probe函数
切换回通用识别的方式，先修改probe函数。这里主要增加两部分内容：
- 消息获取
- 输入子系统的调用。
首先，我们先增加获取一些用得到的数据的内容
struct usb_device *dev = NULL;
struct usb_host_interface *interface;
struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
struct input_dev *input_dev;
int i, pipe, maxp, maxps;
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
printk("USB驱动匹配成功! ID: 0x%X,0x%X\n",id->idVendor,id->idProduct);
//获取设备信息，主机接口信息，终端描述符
dev = interface_to_usbdev(intf);
interface = intf->cur_altsetting;
endpoint = &interface->endpoint[0].desc;
//建立终端传输管道
pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);
maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe));
/*从端点描述符中获取传输的数据大小 */
maxps = endpoint->wMaxPacketSize;
printk("maxp[%d] maxps[%d]\n",maxp,maxps);
获取传输数据最大包数，发现了两种写法，标准驱动采用的上面的写法。其实都可用。
maxp = usb_maxpacket(dev, pipe, usb_pipeout(pipe));
maxps = endpoint->wMaxPacketSize;
然后就开始结合输入子系统，创建input_dev，注册各个按键。
//创建输入子系统
input_dev = input_allocate_device();
input_dev->name = "myusb_kbd";
input_dev->phys = "myusb_kbd";
input_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_REP);
for (i = 0; i < 255; i++)
{
set_bit(usb_kbd_keycode[i], input_dev->keybit);
}
到这里的话，输入设备会出现，但是如何与usb终端进行数据交互，这里就用到了urb这个重要操作了
USB请求块(USB request block，URB)是USB设备驱动中用来描述与USB设备通信所用的基本载体和核心数据结构，与网络设备驱动中的sk_buff结构体类似，是USB主机与设备之间传输数据的封装。
一个urb包含了执行usb传输所需要的所有信息。当要进行数据传输时，需要分配一个urb结构体，对其进行初始化，然后将其提交给usb核心。USB核心对urb进行解析，将控制信息提交给主机控制器，由主机控制器负责数据到设备的传输。这时，驱动程序只需等待，当数据回传到主机控制器后，会转发给USB核心，唤醒等待的驱动程序，由驱动程序完成剩下的工作。
更为具体地说，Linux中的设备驱动程序只要为每一次请求准备一个urb结构体，然后把它填充好，就可以调用函数usb_submit_urb()提交给USB核心。然后USB核心将urb传递给USB主机控制器，最终传递给USB设备。USB设备获得urb结构体后，会解析这个结构体，并以相反的路线将数据返回给Linux内核。
那么简单来说，这个urb就是负责穿梭于驱动和设备之间，将用户数据带回来的单元。
用法如下，注意：这里有个缓存大小的问题
USB支持4种基本的数据传输模式：控制传输、同步传输、中断传输、批量传输。控制传输方式支持双向传输，用来处理主端口到USB从端口的数据传输，包括设备控制指令、设备状态查询及确认命令。对于高速设备，允许数据包最大容量为8，16，32或64字节，对于低速设备只有8字节一种选择。
//urb申请使用
my_kbd_data = usb_alloc_coherent(dev, 8, GFP_ATOMIC, &my_kbd_data_dma);
my_kbd_urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);
usb_fill_int_urb(my_kbd_urb, dev, pipe, my_kbd_data,
(maxp > 8 ? 8 : maxp),
usb_mouse_irq, NULL, endpoint->bInterval);
my_kbd_urb->transfer_dma = my_kbd_data_dma;
my_kbd_urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;
最后，注册输入设备，并且开始传输urb
input_register_device(input_dev);
usb_submit_urb(my_kbd_urb, GFP_KERNEL);
中断函数先添加打印，看看前面的分析对不对。
static void my_usb_kbd_irq(struct urb *urb)
{
printk("%s %s %d\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__);
usb_submit_urb(my_kbd_urb, GFP_ATOMIC);
}
上机调试
root@raspberrypi:/home/pgg/work/driver# insmod myusbkbd.ko
root@raspberrypi:/home/pgg/work/driver# dmesg
[ 5296.645084] drivers/char/myusbkbd.c myusbkbd_init 144
[ 5296.647678] usbcore: registered new interface driver myusbkbd_drv
root@raspberrypi:/home/pgg/work/driver# dmesg
[ 5296.645084] drivers/char/myusbkbd.c myusbkbd_init 144
[ 5296.647678] usbcore: registered new interface driver myusbkbd_drv
[ 5309.228696] usb 1-1.3: new low-speed USB device number 7 using dwc_otg
[ 5309.375217] usb 1-1.3: New USB device found, idVendor=0c45, idProduct=760b, bcdDevice= 1.05
[ 5309.375255] usb 1-1.3: New USB device strings: Mfr=1, Product=2, SerialNumber=0
[ 5309.375275] usb 1-1.3: Product: USB Keyboard
[ 5309.375292] usb 1-1.3: Manufacturer: SONiX
[ 5309.386724] drivers/char/myusbkbd.c myusbkbd_probe 73
[ 5309.386755] USB驱动匹配成功! ID: 0x0,0x0
[ 5309.386769] maxp[8] maxps[8]
[ 5309.387055] input: myusb_kbd as /devices/virtual/input/input4
[ 5309.891936] drivers/char/myusbkbd.c my_usb_kbd_irq 59
[ 5310.388930] drivers/char/myusbkbd.c my_usb_kbd_irq 59
[ 5310.893929] drivers/char/myusbkbd.c my_usb_kbd_irq 59
[ 5311.398930] drivers/char/myusbkbd.c my_usb_kbd_irq 59
看来流程是对的，不过这个中断，在没有按键的时候，还是会一直触发。我们来调试一下是不是有数据。
调试中断信息
通过打印一下status，来看一下有没有数据
printk("%s %s %d urb->status[%d]\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__,urb->status);
倒是一直有这个打印，然后status一直为0，说明一直有中断上来
间隔大约0.5秒。那这里暂时不分析为什么会一直上报。
解析按键并上报
增加一下按键分析，参考usbkbd.c的代码
static void my_usb_kbd_irq(struct urb *urb)
{
int i=0;
//printk("%s %s %d urb->status[%d]\n", __FILE__, __FUNCTION__, __LINE__,urb->status);
for (i = 0; i < 8; i++)
{
input_report_key(my_kbd_input_dev, usb_kbd_keycode[i + 224], (my_kbd_data[0] >> i) & 1);
}
for (i = 2; i < 8; i++)
{
if (my_kbd_data_old[i] > 3 && memscan(my_kbd_data + 2, my_kbd_data_old[i], 6) == my_kbd_data + 8)
{
if (usb_kbd_keycode[my_kbd_data_old[i]])
{
input_report_key(my_kbd_input_dev, usb_kbd_keycode[my_kbd_data_old[i]], 0);
}
else
{
hid_info(urb->dev, "Unknown key (scancode %#x) released.\n", my_kbd_data_old[i]);
}
}
if (my_kbd_data[i] > 3 && memscan(my_kbd_data_old + 2, my_kbd_data[i], 6) == my_kbd_data_old + 8)
{
if (usb_kbd_keycode[my_kbd_data[i]])
{
input_report_key(my_kbd_input_dev, usb_kbd_keycode[my_kbd_data[i]], 1);
}
else
{
hid_info(urb->dev, "Unknown key (scancode %#x) pressed.\n", my_kbd_data[i]);
}
}
}
input_sync(my_kbd_input_dev);
memcpy(my_kbd_data_old, my_kbd_data, 8);
usb_submit_urb(urb, GFP_KERNEL);
}
更新驱动，然后监听一下生成的event1，按下按键A
只有按下的时候有数据，说明还是对的。
用户侧获取按键
那么怎么知道是A呢。那么我们用之前遥控器的用户侧程序，来解析一下事件
分别按下A和B
看来event中定义的数值是吻合的
那么我们就创建一个数组，在用户侧解析一下具体是什么按键。
成功获取按键的值。
完成鼠标驱动
在昨天的基础上，给鼠标也增加了输入系统，然后设备装载一下我自己写的两个驱动，看看能不能让鼠标动起来，键盘敲起来。
结果遇到一个有意思的问题。就是鼠标只能向右下方向移动，最终只能落到右下角。
原因就是键盘发送相对坐标的时候，应该是有符号的
所以数组定义的时候，应该也是有符号的。
最终成功让我的树莓派，用上了自己的驱动。
代码下载
《下载地址》
其实建议自己根绝usbkbd和usbmouse的源码自己理解和重写一遍，印象就会更加深刻。也更能理解usb对于hid设备的驱动流程。
结束语
今天的大事就是一个年近八旬的老太太，让中国的热血青年们夜不能寐。不过还是那首歌中唱的：
朋友来了，有好酒；若是那豺狼来了，迎接他的有，biubiubiu。
马上就七夕了，别忘了过节啊
