android系统按键驱动篇
android系统移植之按键驱动篇
平台：MX53_QSB开发板
MX53_QSB开发板上一起有四个按键，分别为RESET,POWER,USER1,USER2。其中RESET为纯硬件复位按键，无须软件控制。POWER，USER1，USER2三个按键均需要程序控制。默认BSP包中将三个按钮全设置为上升和下降沿触发，当系统起来后，按下POWER键，进入睡眠状态，这时再按下POWER键唤醒时，系统系统被唤醒，但是一旦手松下，又触发了POWER键的中断，系统又睡下去了。在进入睡眠状态后，只有按USER1和USER2这两个键，才能正常唤醒。因此，这里有BUG需修复。
按键驱动有两个，一个为矩阵键盘驱动，路径为：
\drivers\input\keyboard\mxc_keyb.c
一个为GPIO接口的键盘驱动，路径为：
\drivers\input\keyboard\gpio_keys.c
前者用于多按键的情况，如果按键比较少，后者就可以了，一般情况下，android系统只需几个按键就可以了，所以大多数情况下，都是使用的gpio_keys.c。下面我们将详细分析该驱动的工作流程。
在module_init函数中，在总线上注册名为gpio-keys的驱动，这时将夫在总线上查找是否存在同名的设备。系统初始化时，mx53_loco.c中，mxc_board_init函数已调用了按键初始化函数loco_add_device_buttons()，同时pdev的数据结构体中定义了按键的相关信息如下：
#define GPIO_BUTTON(gpio_num, ev_code, act_low,descr, wake) \
{ \
.gpio = gpio_num, \
.type = EV_KEY, \
.code = ev_code, \
.active_low = act_low, \
.desc = "btn " descr, \
.wakeup = wake, \
}
static struct gpio_keys_button loco_buttons[] = {
GPIO_BUTTON(MX53_nONKEY,KEY_POWER, 1, "power", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI1,KEY_BACK, 1, "back", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI2,KEY_HOME, 1, "home", 0),
};
static struct gpio_keys_platform_dataloco_button_data = {
.buttons = loco_buttons,
.nbuttons = ARRAY_SIZE(loco_buttons),
};
可见，结构体定义了三个GPIO，分别为power,back以及home。注意GPIO_BUTTON函数中的实参，第一个为对应的GPIO，纯硬件特性，第二个为按键的键值，在linux/input.h中定义：
#defineKEY_POWER 116
#defineKEY_HOME 102
#defineKEY_BACK 158
第三个参数为1，表明按下去为1，抬起为0；第四个参数为按键名称描述，无关紧要；第5个参数为wakeup，看名称好像与休眠唤醒有关，实际测试修改为1后，没有发现有什么异常。这几个参数是后续添加新的按键，或者更改按键功能的关键。
再回到gpio-keys.c中，找到同名设备后，探测函数gpio_keys_probe得到执行，调用input_allocate_device函数创建一个input设备，再通过一个for循环，调用gpio_keys_setup_key和input_set_capability函数，设置上表中列出的三个IO口的中断函数以及按键功能。后面用到了sysfs_create_group函数创建了基于sys系统的文件属性组，具体可以在?sys/devices/platform/gpio-keys目录下找到gpio_keys_attr_group结构体中attrs组对应的gpio_keys_attrs结构体中的几个属性文件，gpio_keys_attrs结构体描述如下：
static struct attribute *gpio_keys_attrs[] = {
&dev_attr_keys.attr,
&dev_attr_switches.attr,
&dev_attr_disabled_keys.attr,
&dev_attr_disabled_switches.attr,
NULL,
};
dev_attr_disabled_keys和dev_attr_disabled_switches在前面做了如下声明：
static DEVICE_ATTR(disabled_keys, S_IWUSR |S_IRUGO,
gpio_keys_show_disabled_keys,
gpio_keys_store_disabled_keys);
static DEVICE_ATTR(disabled_switches, S_IWUSR |S_IRUGO,
gpio_keys_show_disabled_switches,
gpio_keys_store_disabled_switches);
在android系统终端，我们可以进入该路径查看是否存在，以及他们的文件属性如下：
注意上面四个文件的读写属性。
可见，这里留有在系统中操作按键的后门，具体以后再分析。接下来，调用input_register_device函数向输入子系统注册input_dev，结束探测函数初始化。
探测函数的关键点在gpio_keys_setup_key函数中，相关代码如下：
static int __devinit gpio_keys_setup_key(structplatform_device *pdev,
struct gpio_button_data *bdata,
struct gpio_keys_button *button)
{
char *desc= button->desc ? button->desc : "gpio_keys";//从loco_buttons数组中获得按键的描述名称
structdevice *dev = &pdev->dev;
unsignedlong irqflags;
intirq, error;
//传入参数: 过期时间，回调函数，上下文
//当计时器过期时，回调函数gpio_keys_timer将得到运行
setup_timer(&bdata->timer,gpio_keys_timer, (unsigned long)bdata);//初始化计时器
INIT_WORK(&bdata->work,gpio_keys_work_func);
error= gpio_request(button->gpio, desc);//请求使用GPIO
if(error < 0)
{
dev_err(dev,"failed to request GPIO %d, error %d\n",button->gpio, error);
gotofail2;
}
error= gpio_direction_input(button->gpio);//设置指定的GPIO为输入模式
if(error < 0)
{
dev_err(dev,"failed to configure direction for GPIO %d, error %d\n",
button->gpio,error);
gotofail3;
}
irq =gpio_to_irq(button->gpio);//获得GPIO对应的中断号
if (irq< 0)
{
error= irq;
dev_err(dev,"Unable to get irq number for GPIO %d, error %d\n",button->gpio,error);
gotofail3;
}
irqflags= IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING;
//irqflags= IRQF_TRIGGER_FALLING;//lqm changed.
/*
* If platform has specified that the buttoncan be disabled,
* we don't want it to share the interruptline.
*/
if(!button->can_disable)
irqflags|= IRQF_SHARED;
error= request_irq(irq, gpio_keys_isr, irqflags, desc, bdata);//请求按键中断
……
}
该函数使用了带定时器延时的中断机制，用于按键去抖动。即中断的执行在定时器到来之后执行，这样能够有效的去除按键抖动。同时，中断使用工作队列的机制。
整个按键中断的工作调用有点复杂，下面逐步解析：
首先，上面函数中setup_timer函数初始化定时器，第二个实参为一个名为gpio_keys_timer的函数，一旦计时器过期，该函数将得到运行。setup_timer函数需和mod_timer函数配合使用，在按键中断的顶半部，即gpio_keys_isr函数，会判断debounce_interval是否为0，若为非0，则调用mod_timer函数延时debounce_interval ms，再触发定时器中断，即gpio_keys_timer函数得到执行。否则，直接调度工作队列，执行中断底半部。
回到gpio_keys_setup_key函数，在初始化完计时器后，再调用INIT_WORK函数初始化工作队列，初始化函数有一个实参函数gpio_keys_work_func，即一旦调度相应队列名，该函数将得到执行。
接下来是IO口的中断初始化，调用gpio_request函数申请相应的GPIO，调用gpio_direction_input函数将对应的GPIO设置为输入，gpio_to_irq函数通过指定GPIO口映射到指定的IRQ中断号，request_irq函数申请中断。
值得注意的是，三个按键通过request_irq申请中断时，共用了同一个中断函数gpio_keys_isr，那么程序是怎么判断具体是哪个按键触发的呢？
带着这个问题，我们将整个中断的执行过程疏理一遍：
第一步：硬件板按下按键，电平由高变低，中断被触发，中断函数gpio_keys_isr被调用。代码如下：
static irqreturn_t gpio_keys_isr(int irq, void*dev_id)
{
structgpio_button_data *bdata = dev_id;
structgpio_keys_button *button = bdata->button;
BUG_ON(irq!= gpio_to_irq(button->gpio));
if(button->debounce_interval)//产生按键中断后，用计时器延时button->debounce_interval ms之后，再执行按键处理
mod_timer(&bdata->timer,jiffies+ msecs_to_jiffies(button->debounce_interval));
else
schedule_work(&bdata->work);
returnIRQ_HANDLED;
}
中断函数会判断debounce_interval是否为0，debounce_interval代表计时器需要延时的时间，单位为毫秒。为了确定程序具体如何执行，我们首先需分析出它的值。以下是推理逻辑：
button->debounce_interval à 找到button结构体来源
*bdata = dev_id&& *button = bdata->button à *button = dev_id->button
staticirqreturn_t gpio_keys_isr(int irq, void *dev_id);
error =request_irq(irq, gpio_keys_isr, irqflags, desc, bdata);
上面两个函数，gpio_keys_isr为request_irq的一个实参，根到request_irq代码中，最终会调用kernel\irq\manage.c中的request_threaded_irq函数，部分代码如下：
int request_threaded_irq(unsigned int irq,irq_handler_t handler,
irq_handler_t thread_fn, unsigned longirqflags,
const char *devname, void *dev_id)
{
……
action= kzalloc(sizeof(struct irqaction), GFP_KERNEL);
if(!action)
return-ENOMEM;
action->handler= handler;
action->thread_fn= thread_fn;
action->flags= irqflags;
action->name= devname;
action->dev_id= dev_id;
chip_bus_lock(irq,desc);
retval= __setup_irq(irq, desc, action);
chip_bus_sync_unlock(irq,desc);
if(retval)
kfree(action);
#ifdef CONFIG_DEBUG_SHIRQ
if(!retval && (irqflags & IRQF_SHARED)) {
/*
* It's a shared IRQ -- the driver ought to beprepared for it
* to happen immediately, so let's makesure....
* We disable the irq to make sure that a'real' IRQ doesn't
* run in parallel with our fake.
*/
unsignedlong flags;
disable_irq(irq);
local_irq_save(flags);
handler(irq,dev_id);
local_irq_restore(flags);
enable_irq(irq);
}
#endif
returnretval;
}
继续根到__setup_irq函数，后面不继续分析了，最终会将request_irq中的两个实参irq和bdata赋给中断服务函数gpio_keys_isr中的两个实参，也就是说，*button =dev_id->button等价于*button=bdata->button。
在gpio_keys_probe函数中，bdata->button = button，*button = &pdata->buttons[i];可以推断出*button= pdata->buttons[i]，而*pdata = pdev->dev.platform_data，那么*button= pdev->dev.platform_data-> buttons[i]，也就是mx53_loco.c中的如下结构体数组中的一组：
static struct gpio_keys_button loco_buttons[] = {
GPIO_BUTTON(MX53_nONKEY,KEY_POWER, 1, "power", 0),
//GPIO_BUTTON(USER_UI1,KEY_BACK, 1, "back", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI2,KEY_HOME, 1, "home", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI1,KEY_RIGHT, 1, "right", 0),//test by lqm.
};
由此可以推断出，前面的button->debounce_interval即loco_buttons[i]-> debounce_interval。数组loco_buttons的结构体如下：
struct gpio_keys_button {
/*Configuration parameters */
intcode; /* input event code(KEY_*, SW_*) */
intgpio;
intactive_low;
char*desc;
inttype; /* input event type(EV_KEY, EV_SW) */
intwakeup; /* configure thebutton as a wake-up source */
intdebounce_interval; /* debounce ticksinterval in msecs */
boolcan_disable;
};
由于程序中并没有对debounce_interval赋值，因此默认debounce_interval为0。回到gpio_keys_isr函数，由于button->debounce_interval为0，那么计时器机制没有启动，直接执行调度函数schedule_work。
第二步：中断队列gpio_keys_work_func函数得到执行。它又会调用gpio_keys_report_event函数，代码如下：
static void gpio_keys_report_event(structgpio_button_data *bdata)
{
structgpio_keys_button *button = bdata->button;
structinput_dev *input = bdata->input;
unsignedint type = button->type ?: EV_KEY;
intstate = (gpio_get_value(button->gpio) ? 1 : 0) ^ button->active_low;//获得按键信息，同时与1异或?
input_event(input,type, button->code, !!state);
input_sync(input);//事件同步，它告知事件的接收者驱动已经发出了一个完整的报告
}
这里是中断底半部，变量state经gpio_get_value函数获得当前IO口的电平状态，再通过input_event函数将当前电平状态以及button->code上传给输入子系统。button->code即loco_buttons数组里面GPIO_BUTTON中的第二个参数，它定义了按键的作用。最后调用input_sync函数同事事件，结束一次按键的操作。
由于前面分析的debounce_interval值为0，因此执行流程比较简单，如果它不会0，将会启用计时器机制，流程会复杂一些。
默认三个按键的功能为开关机，主页和返回三个功能，如果我们需要修改对应按键的功能，是否修改上面的GPIO_BUTTON->ev_code就可以了呢？比如，我们需要将back键改为right键，做如下修改：
static struct gpio_keys_button loco_buttons[] = {
GPIO_BUTTON(MX53_nONKEY,KEY_POWER, 1, "power", 0),
//GPIO_BUTTON(USER_UI1,KEY_BACK, 1, "back", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI2,KEY_HOME, 1, "home", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI1,KEY_RIGHT, 1, "right", 0),//test by lqm.
};
编译内核，这样按键功能就改变了吗？答案是否定的。因为android并没有直接使用映射后的键值，而且对其再进行了一次映射，从内核标准键值到android所用键值的映射表定义在android文件系统的/system/usr/keylayout目录下。标准的映射文件为qwerty.kl，定义如下：
key 399 GRAVE
key 2 1
key 3 2
key 4 3
key 5 4
key 6 5
key 7 6
key 8 7
key 9 8
key 10 9
key 11 0
key 158 BACK WAKE_DROPPED
key 230 SOFT_RIGHT WAKE
key 60 SOFT_RIGHT WAKE
key 107 ENDCALL WAKE_DROPPED
key 62 ENDCALL WAKE_DROPPED
key 229 MENU WAKE_DROPPED
key 139 MENU WAKE_DROPPED
key 59 MENU WAKE_DROPPED
key 127 SEARCH WAKE_DROPPED
key 217 SEARCH WAKE_DROPPED
key 228 POUND
key 227 STAR
key 231 CALL WAKE_DROPPED
key 61 CALL WAKE_DROPPED
key 232 DPAD_CENTER WAKE_DROPPED
key 108 DPAD_DOWN WAKE_DROPPED
key 103 DPAD_UP WAKE_DROPPED
key 102 HOME WAKE
key 105 DPAD_LEFT WAKE_DROPPED
key 106 DPAD_RIGHT WAKE_DROPPED
key 115 VOLUME_UP
key 114 VOLUME_DOWN
key 116 POWER WAKE
key 212 CAMERA
key 16 Q
key 17 W
key 18 E
key 19 R
key 20 T
key 21 Y
key 22 U
key 23 I
key 24 O
key 25 P
key 26 LEFT_BRACKET
key 27 RIGHT_BRACKET
key 43 BACKSLASH
key 30 A
key 31 S
key 32 D
key 33 F
key 34 G
key 35 H
key 36 J
key 37 K
key 38 L
key 39 SEMICOLON
key 40 APOSTROPHE
key 14 DEL
key 44 Z
key 45 X
key 46 C
key 47 V
key 48 B
key 49 N
key 50 M
key 51 COMMA
key 52 PERIOD
key 53 SLASH
key 28 ENTER
key 56 ALT_LEFT
key 100 ALT_RIGHT
key 42 SHIFT_LEFT
key 54 SHIFT_RIGHT
key 15 TAB
key 57 SPACE
key 150 EXPLORER
key 155 ENVELOPE
key 12 MINUS
key 13 EQUALS
key 215 AT
android按键的处理是Window Manager负责，主要的映射转换实现在android源代码frameworks/base/libs/ui/EventHub.cpp此文件处理来自底层的所有输入事件，并根据来源对事件进行分类处理，对于按键事件，它首先记录驱动名称，再获取环境变量ANDROID_ROOT为系统路径，默认是/system，定义在android源代码/system/core/rootdir/init.rc文件中。然后查找路径为"系统路径/usr/keylayout/驱动名称.kl"的按键映射文件，如果不存在则默认用路径为"系统路径/usr/keylayout/qwerty.kl"。这个默认的按键映射文件，映射完成后再把经映射得到的android按键码值发给上层应用程序。所以我们可以在内核中定义多个按键设备，然后为每个设备设定不同的按键映射文件，不定义则会默认用qwerty.kl。
有了上面的分析，我们不难发现，上述更改是不可能有效果的，只能越改越不能用。相反，如果仅仅只需要更改某个按键的功能，根本就不用改内核，只需重新定义android系统的gpio-keys.kl即可。
进android系统后找到该文件，
可以发现，在在gpio-keys.kl和qwerty.kl两个文件，因此a ndroid系统会从gpio-keys.kl中查找键值进行映射。里面内容如下：
key 102 HOME WAKE
key 158 BACK WAKE
这不正是开发板上android的两个功能键吗？对于第三个POWER键，是用于开关机的，不属android功能键范畴，因此无须映射。
修改按键功能有两种方法：
方法一：直接修改gpio-keys.kl文件的内容，比如我们想将BACK键改成右键，我们只需做如下修改：
key 102 HOME WAKE
key 106 DPAD_RIGHT WAKE
注意上面的106以及按键名称，都是从qwerty.kl里面找的，千万不要在linux内核的input.h中查找。DPAD_RIGHT不能更改为RIGHT，否则android无法识别。
方法二：修改内核中mx53_loco.c中的数组如下：
static struct gpio_keys_button loco_buttons[] = {
GPIO_BUTTON(MX53_nONKEY,KEY_POWER, 1, "power", 0),
//GPIO_BUTTON(USER_UI1,KEY_BACK, 1, "back", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI2,KEY_HOME, 1, "home", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI1,KEY_RIGHT, 1, "right", 0),//test by lqm.
};
再修改上面的gpio-keys.kl文件，内容如下：
key 102 HOME WAKE
key 106 DPAD_RIGHT WAKE
方法二相比方法一，多了一个步骤，但是推荐采用方法二，这样更容易理解，也不易混淆