8.2 USB键盘驱动编写和测试

目标：根据USB驱动分析和上节的USB鼠标驱动，编写键盘驱动，并测试。

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 一、原理分析

1. 首先通过打印usb_buf[i]中的8字节数据，看一下按键按下之后会接收到什么。

1）通过按完所有键盘按键打印的结果可知，有8个按键会打印在usb_buf[0]里，即：

ctrl左键----0x01----00000001       

shift左键----0x02----00000010

alt左键----0x04------00000100

win左键----0x08-----00001000

ctrl右键----0x10------00010000

shift右键----0x20------00100000

alt右键----0x40--------01000000

win右键----0x80-------10000000

2）usb_buf[2]--usb_buf[7]为A B C D 1 2 3 4 F2 F4等普通的按键；

根据上节内容可知，按键的KEY_L等值得宏定义在input.h中，即：

从打印的usb_buf[i]数组可知，字符A为0x04，但alt左键也是0x04，该怎样在程序里区分呢？

。。。。。。。。。。

在键盘的源码程序/drivers/hid/usbhid/usbkbd.c中，使用过数组一一对应的：

static unsigned char usb_kbd_keycode[256] = {
      0,  0,  0,  0, 30, 48, 46, 32, 18, 33, 34, 35, 23, 36, 37, 38,
     50, 49, 24, 25, 16, 19, 31, 20, 22, 47, 17, 45, 21, 44,  2,  3,
      4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 28,  1, 14, 15, 57, 12, 13, 26,
     27, 43, 43, 39, 40, 41, 51, 52, 53, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64,
     65, 66, 67, 68, 87, 88, 99, 70,119,110,102,104,111,107,109,106,
    105,108,103, 69, 98, 55, 74, 78, 96, 79, 80, 81, 75, 76, 77, 71,
     72, 73, 82, 83, 86,127,116,117,183,184,185,186,187,188,189,190,
    191,192,193,194,134,138,130,132,128,129,131,137,133,135,136,113,
    115,114,  0,  0,  0,121,  0, 89, 93,124, 92, 94, 95,  0,  0,  0,
    122,123, 90, 91, 85,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
      0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
      0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
      0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
      0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
     29, 42, 56,125, 97, 54,100,126,164,166,165,163,161,115,114,113,
    150,158,159,128,136,177,178,176,142,152,173,140
};

1）对于字符A的0x04就对应数组中的0x30；这里usb_buf[2-7]的0x04等数值，就对应usb_kbd_keycode[256]中的位置，确定每个按键的input码。

2）对于8个特殊按键，其位置为usb_buf[0]-1+ 224, input码为：usb_kbd_keycode[usb_buf[0]-1+ 224]（数组从0开始）。例如：ctrl左键在usb_buf[0]为0x01，对应的input码为：usb_kbd_keycode[0+ 224]=29。正好和input.h中的宏定义的值相同。

同时，也可以有源码程序推理出：

for (i = 0; i < 8; i++)
    input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[i + 224], (kbd->new[0] >> i) & 1);

程序中用于判断这8个按键的数据kbd->new[0]（usb_buf[0]）是否为1，然后通过input_report_key函数上传按键事件。

例如：alt左键----0x04------00000100按下后，判断(0x04 >> 2) & 1=1，则上报。

二、源码分析

1.中断函数

static void usb_kbd_irq(struct urb *urb)
{
    struct usb_kbd *kbd = urb->context;
    int i;

    switch (urb->status) {
    case 0:            /* success */
        break;
    case -ECONNRESET:    /* unlink */
    case -ENOENT:
    case -ESHUTDOWN:
        return;
    /* -EPIPE:  should clear the halt */
    default:        /* error */
        goto resubmit;
    }
    //特殊的8个按键检测是否按下
    for (i = 0; i < 8; i++)
        input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[i + 224], (kbd->new[0] >> i) & 1);
　　//检测普通按键 数组下表为2-7
    for (i = 2; i < 8; i++) {
　　　　　//usb_kbd_keycode数组中跳过前面3个0，从3开始；
　　　　　　　//上一次的按键kbd->old[i]非0数值 与 kbd->new + 2开始的6个字节的kbd->new[i]数组数值是否有相同的，若无，则按键已经松开
        if (kbd->old[i] > 3 && memscan(kbd->new + 2, kbd->old[i], 6) == kbd->new + 8) { 
            if (usb_kbd_keycode[kbd->old[i]])  //判断非零值
                input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[kbd->old[i]], 0); //上传松开事件
            else
                info("Unknown key (scancode %#x) released.", kbd->old[i]);
        }
　　　　//当前状态的按键kbd->new[i]非0数值 与 上一次的按键kbd->old[i]+ 2开始的6个字节的是否有相同的，若无，则按键已经按下
        if (kbd->new[i] > 3 && memscan(kbd->old + 2, kbd->new[i], 6) == kbd->old + 8) {
            if (usb_kbd_keycode[kbd->new[i]])
                input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[kbd->new[i]], 1);
            else
                info("Unknown key (scancode %#x) pressed.", kbd->new[i]);
        }
    }
　　 
    input_sync(kbd->dev);

    memcpy(kbd->old, kbd->new, 8);  //拷贝当前按键的8个字节到kbd->old，进行下一次的判断

resubmit:
    i = usb_submit_urb (urb, GFP_ATOMIC);
    if (i)
        err ("can't resubmit intr, %s-%s/input0, status %d",
                kbd->usbdev->bus->bus_name,
                kbd->usbdev->devpath, i);
}

2. 修改id_table（用于驱动和设备匹配的）

static struct usb_device_id usb_keyboardid_table [] = {
    { USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
        USB_INTERFACE_PROTOCOL_KEYBOARD) },//USB协议:键盘协议

};

三、自己编写的程序

#include <linux/kernel.h>
#include <linux/slab.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/usb/input.h>
#include <linux/hid.h>

static struct input_dev *myusb_kbd_dev;
static char *usb_buf;
static dma_addr_t usb_buf_phys;
static int len;
static struct urb *myusb_kbd_urb;

//键盘码表共有252个数据
static const unsigned char usb_kbd_keycode[252] = {
         0,  0,  0,  0, 30, 48, 46, 32, 18, 33, 34, 35, 23, 36, 37, 38,
        50, 49, 24, 25, 16, 19, 31, 20, 22, 47, 17, 45, 21, 44,  2,  3,
         4,  5,  6,  7,  8,  9, 10, 11, 28,  1, 14, 15, 57, 12, 13, 26,
        27, 43, 43, 39, 40, 41, 51, 52, 53, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64,
        65, 66, 67, 68, 87, 88, 99, 70,119,110,102,104,111,107,109,106,
       105,108,103, 69, 98, 55, 74, 78, 96, 79, 80, 81, 75, 76, 77, 71,
        72, 73, 82, 83, 86,127,116,117,183,184,185,186,187,188,189,190,
       191,192,193,194,134,138,130,132,128,129,131,137,133,135,136,113,
       115,114,  0,  0,  0,121,  0, 89, 93,124, 92, 94, 95,  0,  0,  0,
       122,123, 90, 91, 85,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
         0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
         0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
         0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
         0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,  0,
        29, 42, 56,125, 97, 54,100,126,164,166,165,163,161,115,114,113,
       150,158,159,128,136,177,178,176,142,152,173,140
};       

static struct usb_device_id usb_keyboardid_table [] = {
    { USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
        USB_INTERFACE_PROTOCOL_KEYBOARD) },//USB协议:键盘协议

};

void my_memcpy(unsigned char *dest,unsigned char *src,int len)      //复制缓存
{
       while(len--)
        {
            *dest++= *src++;
        }
}

static void usb_keyboardirq(struct urb *urb)
{
    static unsigned char pre_val[8]={0,0,0,0,0,0,0,0};
    int i;

     //8个特殊按键，对比上一次的按键值pre_val[0]和当前usb_buf[0]，如果不相等有按键按下，则上报
    for (i = 0; i < 8; i++)
    if(((pre_val[0]>>i)&1)!=((usb_buf[0]>>i)&1))
    {
        input_report_key(myusb_kbd_dev, usb_kbd_keycode[i + 224], (usb_buf[0]>> i) & 1);
        input_sync(myusb_kbd_dev);             //上传同步事件
    }

    
    /*上传普通按键*/
    for(i=2;i<8;i++)
    if(pre_val[i]!=usb_buf[i])  //上一次和本次按键值不同，说明有按键按下
    {
        if(usb_buf[i])      //非0，按下事件上报
            input_report_key(myusb_kbd_dev,usb_kbd_keycode[usb_buf[i]], 1);   
        else  if(pre_val[i])                                             //上一次非零，本次为0，松开事件
            input_report_key(myusb_kbd_dev,usb_kbd_keycode[pre_val[i]], 0);
        input_sync(myusb_kbd_dev);             //上传同步事件
    }

    my_memcpy(pre_val, usb_buf, 8);       //更新数据

    /* 重新提交urb */
    usb_submit_urb(myusb_kbd_urb, GFP_KERNEL);
}

static int usb_keyboardprobe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
    volatile unsigned char  i;
    struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf); //设备，通过usb_ interface接口获取usb_device设备,为后面设置USB数据传输用
    struct usb_host_interface *interface;               // 当前接口
    struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
    int pipe;                                            //端点管道
    
    interface = intf->cur_altsetting;
    endpoint = &interface->endpoint[0].desc;            //当前接口下的端点描述符

    printk("VID=%x,PID=%x
",dev->descriptor.idVendor,dev->descriptor.idProduct); 
    
    /* a. 分配一个input_dev */
    myusb_kbd_dev = input_allocate_device();
    
    /* b. 设置 */
    /* b.1 能产生哪类事件 */
    set_bit(EV_KEY, myusb_kbd_dev->evbit);
    set_bit(EV_REP, myusb_kbd_dev->evbit);
    
    /* b.2 添加所有按键 */
    for (i = 0; i < 252; i++)
    set_bit(usb_kbd_keycode[i], myusb_kbd_dev->keybit);  
    clear_bit(0, myusb_kbd_dev->keybit);

    
    /* c. 注册 */
    input_register_device(myusb_kbd_dev);
    
    /* d. 硬件相关操作 */
    /* 数据传输3要素: 源,目的,长度 */
    /* 源: USB设备的某个端点 */
    pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);

    /* 长度: */
    len = endpoint->wMaxPacketSize;

    /* 目的: */
    usb_buf = usb_buffer_alloc(dev, len, GFP_ATOMIC, &usb_buf_phys);

    /* 使用"3要素" */
    /* 分配usb request block */
    myusb_kbd_urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);//usb传输素具的urb结构体
    /* 使用"3要素设置urb" */
    usb_fill_int_urb(myusb_kbd_urb, dev, pipe, usb_buf, len, usb_keyboardirq, NULL, endpoint->bInterval);
    myusb_kbd_urb->transfer_dma = usb_buf_phys;
    myusb_kbd_urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;

    /* 使用URB */
    usb_submit_urb(myusb_kbd_urb, GFP_KERNEL);
    
    return 0;
}

static void usb_keyboarddisconnect(struct usb_interface *intf)
{
    struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);

    //printk("disconnect usbmouse!
");
    usb_kill_urb(myusb_kbd_urb);
    usb_free_urb(myusb_kbd_urb);

    usb_buffer_free(dev, len, usb_buf, usb_buf_phys);
    input_unregister_device(myusb_kbd_dev);
    input_free_device(myusb_kbd_dev);
}

/* 1. 分配/设置usb_driver */
static struct usb_driver usb_keyboarddriver = {
    .name        = "usb_keyboard",
    .probe       = usb_keyboardprobe,
    .disconnect  = usb_keyboarddisconnect,
    .id_table    = usb_keyboardid_table,
};


static int usb_keyboardinit(void)
{
    /* 2. 注册 */
    usb_register(&usb_keyboarddriver);
    return 0;
}

static void usb_keyboardexit(void)
{
    usb_deregister(&usb_keyboarddriver);    
}

module_init(usb_keyboardinit);
module_exit(usb_keyboardexit);

MODULE_LICENSE("GPL");

四、测试

1. 烧写内核，编译/加载驱动模块。

2. # cat /dev/tty1

3. # exec 0</dev/tty1 （直接可以用键盘操作开发板的控制台）