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本文以Bma250驱动为例子，详细介绍Gsensor设计的一个模板。
gsensor驱动在系统中的层次如下图所示：
图中包含三个部分：hardware, driver, input：
n Hardware：其实我们可以认为Gsensor也是一个I2C设备。整个Gsensor芯片分为两部分，一个是sensor传感器，另一个是controller控制器，用于将sensor挂载在linux系统的I2C上。驱动程序则通过I2C与Gsensor做通信。
n Gsensor Driver：是驻留于操作系统中，为gsensor hardware服务的一个内核模块；它将gsensor hardware采集到的原始数据，进行降噪，滤波，获得当前平板的空间状态，并按照操作系统的要求，将这些信息通过input core上报给操作系统。
n Input core: 是linux为简化设备驱动程序开发，而开发的一个内核子系统；发给input core的数据将提供给操作系统使用。
实际使用时，驱动按照一定的时间间隔，通过数据总线，获取gsensor hardware采集到的数据，并按照操作系统的要求，将这些信息通过input core上报给操作系统。
2 Gsensor驱动设计要求
由gsensor驱动在系统中的层次，上有Input core，下有I2C，驱动需要通过I2C采集信息，并准确及时的上报数据至input core。驱动上报的数据，是被input core管理并被上层使用的，应符合input core和上层应用框架的要求；
2.1符合Input输入子系统的设计规范
n 接口：Gsensor驱动，在设计上，不应自行决定是否上报，上报频率等，应提供接口，供上层应用控制驱动的运行和数据上报：包括使能控制Enable， 上报时延delay等；通常通过sysfs文件系统提供，这部分实现，遵循标准的linux规范；
n 上报数据的方式：或者提供接口供上层访问（eg: ioctl），或者挂接在系统子系统上，使用系统子系统的接口，供上层使用(eg: input core)；
n 读取数据的支持：应满足读取数据的要求，进行相应的配置；本文以i2c总线为例，简要说明在A1x平台上，配置总线传输相关信息；
2.2 I2c总线的配置
要使用i2c总线进行数据传输，需注册i2c driver,创建i2c-client，以便使用i2c-adapter进行数据传输；
要成功注册i2c driver有两种方式：
n 使用i2c_register_board_info：此方式，需要在系统启动时，进行相关信息的注册，不利于模块化开发，现已不推荐；目前,在２.６内核上，还支持此方式，在３．０上已不再支持；
n 使用detect方式：在模块加载时，进行检测，在条件成立时，注册i2c设备相关信息，创建i2c-client，并注册i2c driver，执行probe操作;
需要说明的是，此两种方式可共存，目前２.6就是这样的；在共存时，以i2c_register_board_info信息为更高优先级，在i2c_register_board_info已经占用设备的前提下，内核发现设备被占用，不会执行detect, 因而不会有冲突。
3 gsensor模块硬件说明
n gsensor硬件，负责获取gsensor传感器所处的空间状态信息，存放于fifo中，供主控使用，不同的硬件平台，数据准备好后，告知主控的方式及主控获取数据的方式略有不同。
n 告知主控的方式：gsensor作为传感器，本身无法区分哪些数据是应该上报的，哪些数据是无效的，它只能接受主控的控制，以主控主动查询为主；
n 主控获取数据的方式：通过ahb, i2c, spi,usb等方式获取都是可能的。以下以一种典型的硬件连接为例，描述gsensor 传感器，gsensor ic, 主控之间的连接关系；
3.1 gsensor硬件连接
Gsensor在硬件上，只有i2c连接，这些连接信息，需要事先告知驱动，从而从指定的设备上读取数据；这些连接信息，通过sysconfig1描述，在驱动中使用；
4 驱动设计
4.1 支持模组列表
在A1x平台上支持Gsensor列表如下：
|
支持的 模组 |
Chip ID 寄存器 |
Chip ID值 |
I2C地址 |
I2C设备注册 名称 |
unuse_name |
|
bma250 |
0x00 |
3 |
0x18 |
bma250 |
bma250 |
|
bma222 |
0x00 |
3 |
0x08 |
bma250 |
bma222 |
|
bma150 |
0x00 |
2 |
0x38 |
bma250 |
bma150 |
|
kxtik-1004 |
0x0f |
0x05 |
0x0f |
kxtik |
kxtik |
|
kxtj9-1005 |
0x0f |
0x08 |
0x0f |
kxtik |
kxtik |
|
dmard06 |
0x0f |
0x06 |
0x1c |
dmard06 |
dmard06 |
|
mma7660 |
无 |
无 |
0x4c |
mma7660 |
mma7660 |
|
mma8452 |
0x0d |
0x2a |
SA0 = 0: 0x1c |
mma8452 |
mma8452c |
|
SA0 = 1: 0x1d |
Mma8452d |
||||
|
afa750 |
0x37 |
0x3d or 0x3c |
0x3d |
afa750 |
afa750 |
|
mxc6225 |
无 |
无 |
0x15 |
mxc622x |
mxc622x |
4.2 Gsensor配置
在A1x的方案中，Gsensor的配置在sys_config1.fex文件中：
|
[gsensor_para] gsensor_used = 1 //是否使用gsensor gsensor_name = "bma250" //名称 gsensor_twi_id = 1 //使用哪组I2C gsensor_twi_addr = 0x18 // I2C设备地址（7位地址） |
4.3 关键数据结构
4.3.1 i2c_driver
|
static struct i2c_driver bma250_driver = { .class = I2C_CLASS_HWMON, .driver = { .owner = THIS_MODULE, .name = SENSOR_NAME, }, .id_table = bma250_id, .probe = bma250_probe, .remove = bma250_remove, .address_list = u_i2c_addr.normal_i2c, }; |
在驱动程序中，静态初始化i2c_driver结构体给bma250_driver变量，该变量完成gsensor驱动的主要工作，匹配设备名，设备的侦测等，文件操作结构体如上所示。
4.3.2 bma250_data
|
struct bma250_data { struct i2c_client *bma250_client; atomic_t delay; atomic_t enable; unsigned char mode; struct input_dev *input; struct bma250acc value; struct mutex value_mutex; struct mutex enable_mutex; struct mutex mode_mutex; struct delayed_work work; struct work_struct irq_work; #ifdef CONFIG_HAS_EARLYSUSPEND struct early_suspend early_suspend; #endif }; |
代表了gsensor驱动所需要的信息的集合，用于帮助实现对采样信息的处理。
4.3.3 delayed_work
|
struct delayed_work { struct work_struct work; struct timer_list timer; }; |
Delayed_work一般用来触发定时的操作，在定时时间到后，完成指定操作，通过不断的触发定时操作，实现按照一定频率的执行指定操作；
4.3.4 bma250acc
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struct bma250acc{ s16 x, y, z; } ; |
用于记录采样时获得的信息。
5 驱动流程解析
5.1模块加载
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static struct i2c_driver bma250_driver = { .class = I2C_CLASS_HWMON, .driver = { .owner = THIS_MODULE, .name = SENSOR_NAME, }, .id_table = bma250_id, .probe = bma250_probe, //注册完成时调用 .remove = bma250_remove, .address_list = u_i2c_addr.normal_i2c, //IIC地址 }; static int __init BMA250_init(void) { if(gsensor_fetch_sysconfig_para()){ //解析sys_config1.fex文件 printk("%s: err. ", __func__); return -1; }
bma250_driver.detect = gsensor_detect; ret = i2c_add_driver(&bma250_driver); //开始向IIC注册 } static void __exit BMA250_exit(void) { i2c_del_driver(&bma250_driver); } module_init(BMA250_init); module_exit(BMA250_exit); |
内核加载驱动模块的时候将调用到BMA250_init()方法
n 初始化了i2c_driver结构体给bma250_driver变量，将用于将设备注册到IIC。关键在于结构体中的probe()方法，注册完成的时候将调用
n 调用gsensor_fetch_sysconfig_para()解析sys_config1.fex文件，读取到IIC的地址，并赋值给u_i2c_addr.normal_i2c。
n 调用i2c_add_driver开始向IIC注册driver，完成注册后将调用bm250_probe()方法
5.2 bma250初始化工作-probe
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static int bma250_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id) { int err = 0; int tempvalue; struct bma250_data *data; …… data = kzalloc(sizeof(struct bma250_data), GFP_KERNEL); //为bma250_data结构体申请内存
tempvalue = 0; tempvalue = i2c_smbus_read_word_data(client, BMA250_CHIP_ID_REG);
if ((tempvalue&0x00FF) == BMA250_CHIP_ID) { printk(KERN_INFO "Bosch Sensortec Device detected! " "BMA250 registered I2C driver! "); } else if ((tempvalue&0x00FF) == BMA150_CHIP_ID) { printk(KERN_INFO "Bosch Sensortec Device detected! " "BMA150 registered I2C driver! "); } …… i2c_set_clientdata(client, data); //将设备驱动的私有数据连接到设备client中 data->bma250_client = client; mutex_init(&data->value_mutex); mutex_init(&data->mode_mutex); mutex_init(&data->enable_mutex); bma250_set_bandwidth(client, BMA250_BW_SET); bma250_set_range(client, BMA250_RANGE_SET);
INIT_DELAYED_WORK(&data->work, bma250_work_func);//创建工作队列 bma_dbg("bma: INIT_DELAYED_WORK "); atomic_set(&data->delay, BMA250_MAX_DELAY); atomic_set(&data->enable, 0); err = bma250_input_init(data); //向Input子系统注册 …... err = sysfs_create_group(&data->input->dev.kobj, //创建sysfs接口 &bma250_attribute_group); } |
在bma250_probe函数中，主要完成了以下几件事：
n 为驱动私有数据结构体bma250_data分配内存空间
n 读取IIC chip id
n 将设备驱动的私有数据(bma250_data)连接到设备client(i2c_client)中
n 创建工作队列
n 将bma250驱动注册到linux input子系统
n 创建sysfs接口
下面对以上这些工作做详细解释，分配数据内存空间就不讲了
5.2.1 读取IICchip id
在4.1的列表中，我们可以看到bma250的chip ID寄存器为0x00，chip ID的值为3。而上面代码有两个宏的定义：
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#define BMA250_CHIP_ID_REG 0x00 #define BMA250_CHIP_ID 3 |
调用IIC接口i2c_smbus_read_word_data()读取IIC上bma250的chip id，返回的值tempvalue=3的时候，说明是正确的！
5.2.2 初始化工作队列
先提一个问题，为什么要创建工作队列？在前面的介绍中我们知道，sensor传感器获取数据后，将数据传给controller的寄存器中，供主控去查询读取数据。所以这里创建的工作队列，就是在一个工作者线程，通过IIC不断的去查询读取controller上的数据。
工作队列的作用就是把工作推后,交由一个内核线程去执行,更直接的说就是如果写了一个函数,而现在不想马上执行它,想在将来某个时刻去执行它,那用工作队列准没错.大概会想到中断也是这样,提供一个中断服务函数,在发生中断的时候去执行,没错,和中断相比,工作队列最大的好处就是可以调度可以睡眠,灵活性更好。
上面代码中我们看到INIT_DELAYED_WORK(&data->work, bma250_work_func)，其实是一个宏的定义，在include/linux/workqueue.h中。bma250_work_func()就是我们定义的功能函数，用于查询读取Sensor数据的，并上报Input子系统，代码如下：
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static void bma250_work_func(struct work_struct *work) { struct bma250_data *bma250 = container_of((struct delayed_work *)work, struct bma250_data, work); static struct bma250acc acc; unsigned long delay = msecs_to_jiffies(atomic_read(&bma250->delay)); //延时时间
bma250_read_accel_xyz(bma250->bma250_client, &acc); //读取Sensor数据 input_report_abs(bma250->input, ABS_X, acc.x); input_report_abs(bma250->input, ABS_Y, acc.y); input_report_abs(bma250->input, ABS_Z, acc.z); bma_dbg("acc.x %d, acc.y %d, acc.z %d ", acc.x, acc.y, acc.z); input_sync(bma250->input); mutex_lock(&bma250->value_mutex); bma250->value = acc; mutex_unlock(&bma250->value_mutex); schedule_delayed_work(&bma250->work, delay); //设定delay时间后再次执行这个函数 } |
我们调用INIT_DELAYED_WORK()宏初始化了工作队列之后，那么什么时候将执行我们定义的功能函数bma250_work_func()呢？那么只需要调用schedule_delayed_work()即可在delay时间后执行功能函数。
在驱动设计中，我们在Sensor使能函数中调用schedule_delayed_work()开始启动工作队列，调用cancel_delayed_work_sync()停止工作队列。而我们在上面的功能函数bma250_work_func()中也调用了schedule_delayed_work(),这样功能函数将被重复调用，也就可以按照一个设定的频率查询读取Sensor数据了。然后通过input系统提供的接口函数input_report_abs()，向input系统报告新的数据。
5.2.3向input系统注册
Gsensor作为一个输入设备，按照linux设计标准，需要将Gsensor驱动注册到Input子系统中，注册代码如下：
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static int bma250_input_init(struct bma250_data *bma250) { struct input_dev *dev; int err;
dev = input_allocate_device(); if (!dev) return -ENOMEM; dev->name = SENSOR_NAME; dev->id.bustype = BUS_I2C;
input_set_capability(dev, EV_ABS, ABS_MISC); input_set_abs_params(dev, ABS_X, ABSMIN_2G, ABSMAX_2G, 0, 0); input_set_abs_params(dev, ABS_Y, ABSMIN_2G, ABSMAX_2G, 0, 0); input_set_abs_params(dev, ABS_Z, ABSMIN_2G, ABSMAX_2G, 0, 0); input_set_drvdata(dev, bma250); err = input_register_device(dev);
bma250->input = dev; } |
就是由上面的代码，完成了Gsensor驱动向Input子系统注册，又三个步骤：
n 申请一个新的input设备，即为一个input_dev申请内存空间
n 设置input设备支持的数据类型
n 向input系统注册
5.2.4 创建sysfs 接口
为什么要创建sysfs接口？在驱动层创建了sysfs接口，HAL层通过这些sysfs接口，对Sensor进行操作，如使能、设置delay等。
5.2.4.1 sysfs接口函数的建立DEVICE_ATTR
说道sysfs接口，就不得不提到函数宏 DEVICE_ATTR，原型在<include/linux/device.h> ：
|
#define DEVICE_ATTR(_name, _mode, _show, _store) struct device_attribute dev_attr_##_name = __ATTR(_name, _mode, _show, _store) |
函数宏DEVICE_ATTR内封装的是__ATTR(_name,_mode,_show,_stroe)方法：
n _show：表示的是读方法，
n _stroe表示的是写方法。
当然_ATTR不是独生子女，他还有一系列的姊妹__ATTR_RO宏只有读方法，__ATTR_NULL等等：
n 对设备的使用 DEVICE_ATTR
n 对驱动使用 DRIVER_ATTR
n 对总线使用 BUS_ATTR
n 对类别 (class) 使用 CLASS_ATTR
对于DEVICE_ATTR(_name, _mode, _show, _store)的四个参数，分别是名称、权限位、读函数、写函数。其中读函数和写函数是读写功能函数的函数名。
如果你完成了DEVICE_ATTR函数宏的填充，下面就需要创建接口了。例如如下：
1)
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static DEVICE_ATTR(polling, S_IRUGO | S_IWUSR, show_polling, set_polling); |
2) 当你想要实现的接口名字是polling的时候，需要实现结构体struct attribute *dev_attrs[]。其中成员变量的名字必须是&dev_attr_polling.attr。然后再封装：
static struct attribute_group dev_attr_grp = {
.attrs = dev_attrs,
};
3) 在利用sysfs_create_group(&pdev->dev.kobj, &dev_attr_grp);创建接口
通过以上简单的三个步骤，就可以在adb shell 终端查看到接口了。当我们将数据 echo 到接口中时，在上层实际上完成了一次 write 操作，对应到 kernel ，调用了驱动中的 “store”。同理，当我们cat 一个 接口时则会调用 “show” 。到这里，只是简单的建立了 android 层到 kernel 的桥梁，真正实现对硬件操作的，还是在 "show" 和 "store" 中完成的。
5.2.4.2 bma250驱动sysfs接口建立
Bma250驱动sysfs接口建立，按照5.2.4.1上面介绍的三个步骤来实现。
n 调用宏DEVICE_ATTR完成对功能函数的注册
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static DEVICE_ATTR(delay, S_IRUGO|S_IWUSR|S_IWGRP, bma250_delay_show, bma250_delay_store); static DEVICE_ATTR(enable, S_IRUGO|S_IWUSR|S_IWGRP, bma250_enable_show, bma250_enable_store);
static struct attribute *bma250_attributes[] = { &dev_attr_delay.attr, &dev_attr_enable.attr, NULL }; |
对于bma250 Gsensor，我们需要用到的接口是对Gsensor使能和设置delay。设置delay的功能函数——读、写分别是bma250_delay_show、bma250_delay_store。使能的功能函数——读写分别是bma250_enable_show、bma250_enable_store。这里提到的四个函数，是需要在Gsensor驱动中实现的。
n 封装bma250_attributes数据结构
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static struct attribute_group bma250_attribute_group = { .attrs = bma250_attributes }; |
n 真正创建接口
在bma250的初始化函数probe中——bma250_probe(),调用：
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err sysfs_create_group(&data->input->dev.kobj,&bma250_attribute_group); |
到此，完成了sysfs接口的创建，我们可以在根文件系统中看到/sys/class/input/input3/目录，在该目录下我们可以看到多个节点，其中就包含了enable和delay。我们以enable为例子，可以有两种方法完成对Gsensor的使能工作：
1) 直接使用shell命令
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$cd /sys/class/input/input3 $echo 1 > enable |
将1写到enable节点，那么将“1”作为参数调用到驱动的bma250_enable_store()方法，完成对Gsensor的使能工作。
2) 代码写设备节点
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char buffer[20]; int len = sprintf(buffer, "%d ", 1); fd = open(“/sys/class/input/input3/enable”, O_RDWR); write(fd, value, len) |
5.3 读取并上报数据
在Android的HAL层，通过对/sys/class/input/input3/enable节点的写操作，使能Gsensor。调用到的方法是bma250_enable_store():
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static ssize_t bma250_enable_store(struct device *dev, struct device_attribute *attr, const char *buf, size_t count) { …… bma250_set_enable(dev,data); …… return count; } static void bma250_set_enable(struct device *dev, int enable) { struct i2c_client *client = to_i2c_client(dev); struct bma250_data *bma250 = i2c_get_clientdata(client); int pre_enable = atomic_read(&bma250->enable);
mutex_lock(&bma250->enable_mutex); if (enable) { if (pre_enable ==0) { bma250_set_mode(bma250->bma250_client, BMA250_MODE_NORMAL); schedule_delayed_work(&bma250->work, msecs_to_jiffies(atomic_read(&bma250->delay))); atomic_set(&bma250->enable, 1); }
}…… } |
我们看到了，在使能函数中，调用了schedule_delayed_work()开始工作队列，于是调用了功能函数bma250_work_func()
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static void bma250_work_func(struct work_struct *work) { struct bma250_data *bma250 = container_of((struct delayed_work *)work, struct bma250_data, work); static struct bma250acc acc; unsigned long delay = msecs_to_jiffies(atomic_read(&bma250->delay));
bma250_read_accel_xyz(bma250->bma250_client, &acc);//读取数据 input_report_abs(bma250->input, ABS_X, acc.x); //上报数据 input_report_abs(bma250->input, ABS_Y, acc.y); input_report_abs(bma250->input, ABS_Z, acc.z); bma_dbg("acc.x %d, acc.y %d, acc.z %d ", acc.x, acc.y, acc.z); input_sync(bma250->input); mutex_lock(&bma250->value_mutex); bma250->value = acc; mutex_unlock(&bma250->value_mutex); schedule_delayed_work(&bma250->work, delay); //继续开始下一个工作队列 } |
在上面代码中，调用bma250_read_accel_xyz()方法读取Gsensor的三个数据，然后调用Input系统的接口函数input_report_abs()进行数据的上报。可以看到，当读取一次数据后，继续调用schedule_delayed_work()开始下一个工作队列，由此，功能函数bma250_work_func()将会按照一个的频率被执行。
那么对于HAL层，将通过/dev/input/event3设备节点读取到Gsensor数据。到此，Gsensor驱动的工作流程完毕。应该很好理解吧！
6 驱动调试
1）确保硬件各个管脚的连接顺序正确；
2）上电，测试各个管脚信号的电压正常，只有在保证硬件正常的情况下，进行软件驱动调试，方可保证驱动能够正常工作（该处最容易被很多软件开发人员忽视，务必注意，方可节省大部分时间）
3）将串口打印信息打开，串口打印信息设置：在打包工具中的 crane-win-v2wbootootfslinux目录下的params和paramsr两个文件中的语句的最后加入loglevel=9即可。gsensor驱动中所有的打印信息打开，查看驱动程序的配置信息读取状态以及I2C的初始化状态。
4）查看probe是否成功，如probe不成功，根据打印信息定位驱动的运行情况，是因为什么原因导致失败。
5）当probe成功之后，gsensor没反应，查看打印信息，是否enable，确保enable。
6）查看i2c通信状态，当串口打印信息显示i2C通信失败时，主要有以下两个原因，一是硬件上的，各个信号线接触不良，所以出现通信失败时，检查各引脚接触情况和电压情况。二是因为I2C的地址不正确导致，因为i2C地址为7位地址，所以可能是因为在配置的时候没有移位或者是主控IC有多个I2C地址，导致地址不匹配。在已知i2C地址的情况下，可以通过尝试的方法，进行I2C地址的匹配；在不知道I2C地址的情况下，可以通过扫描的方法查看在哪一个地址时，有应答，即可知道I2C通信地址，在将正确的地址填写sysconfig配置文件中即扫描i2c地址的示例代码如下所示：
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static int goodix_iic_test(struct i2c_client * client) { struct i2c_msg msg; int ret=-1; uint8_t data[0]; int i; for(i =0; i<256;i++) { msg.flags = !I2C_M_RD;//写消息 msg.addr = i; msg.len = 1; msg.buf = data;
ret=i2c_transfer(client->adapter, &msg,1); if(ret == 1) { printk("IIC TEST OK addr = %x ",i); break; } mdelay(1000); } return ret; }
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若以上两种方法都不能正确进行i2c传输，则打开i2c传输打印，查看传输打印状态， 在编译服务器上，目录为workspaceexdroidlicheelinux-2.6.36上，输入命令：
make ARCH=arm menuconfig ，选择Device Drivers->I2C support->I2C Hardware Bus support->SUN4I_IIC_PRINT_TRANSFER_INFO，输入Y进入bus num id(accepatable input:0,1,2)(new),输入数值，，若希望打印信息，数值对应相应的IIC号，gsensorIC用的是第二组，因此选择数值为2，若不希望打印信息，输入N退出保存即可。进行修改后，需要重新编译打包之后才能生效。
7）可使用adb工具查看驱动是否加载以及gsensor是否有反应，adb工具需要安装设备对应的驱动。使用adb shell工具查看驱动是否存在于机器中以及驱动是否已经加载，以及gsensor之后是否有反应。同时可以作为简单的调试工具，修改好的驱动PUSH到机器中，重启系统之后即可运行新的驱动，不用重新打包（配置文件内容除外）。使用到的命令如下所示：
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adb shell 登录设备的shell adb push xx.ko /drv 将触摸驱动通过adb工具push到机器中 cd /drv 进入drv目录 ls *.ko 查看机器中已经有了那些驱动 lsmod 查看系统中已经加载了那些模块 rmmod ** 卸载驱动（注：不用加后缀） insmod **.ko 加载驱动 getevent 查看系统中已经注册了那些input设备(当触摸有效时，触摸屏幕，会有相应的打印信息) |
参考：
工作队列：http://blog.csdn.net/zchill/article/details/7076561
SYsfs接口：http://blog.csdn.net/manshq163com/article/details/7848714