9 Linux usbmouse设备驱动程序

前一章节对linux内核中USB驱动程序的框架进行了分析，这一节以USB鼠标为对象，编写USB鼠标驱动程序。

实验内容：编写USB鼠标设备驱动程序。并将USB鼠标左键定义为"L"功能，右键定义为"S"功能，中间滚轮键定义为"ENTER"功能，方便测试。

参考内核中/driver/hid/usbhid/usbmouse.c文件。

从入口函数usbmouse_as_key_init开始。按照之前编写字符驱动程序的惯例，入口函数中需要实现usb_driver结构体的分配，配置、注册以及和硬件相关的操作。

那么，首先需要定义一个usb_driver结构体。

其中probe函数是整个驱动程序的重点，后面再讲。disconnect函数是当设备断开连接时调用，后面再讲。

id_table用于保存usb设备的id信息，其结构体定义如下：

这里usbmouse_as_key_id_table的定义如下：

定义中使用宏USB_INTERFACE_INFO，具体定义如下：

对宏USB_INTERFACE_INFO进行展开，usbmouse_as_key_id_table [] ={

{

.match_flags = USB_DEVICE_ID_MATCH_INT_INFO,

.bInterfaceClass = USB_INTERFACE_CLASS_HID,    

.bInterfaceSubClass = USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,

.bInterfaceProtocol = USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE },

     },即我们编写的USB鼠标驱动的支持接口类是USB_INTERFACE_CLASS_HID：0x03，支持的接口子类是USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT：0x01，接口协议为USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE：0x03。

probe函数是整个驱动的核心，实现设备的分配、设置、注册以及硬件相关的操作。

（1）分配输入设备

这里对USB鼠标是按照按键类输入事件进行处理的，因此需要分配一个输入设备uk_dev。

static struct input_dev *uk_dev;

uk_dev = input_allocate_device();

（2）设置事件

USB鼠标产生按键类事件，并且支持长按重复操作。左键按下对应"L"功能，邮件按下对应"S"功能，中键对应"ENTER"功能。

（3）注册

调用input_register_device函数注册输入设备uk_dev。

（4）与硬件相关的操作

USB设备驱动的硬件操作与之前的LCD、按键等有所区别，不是直接操作寄存器的，这里是调用USB总线驱动程序的接口来实现数据的访问。

urb是linux内核中USB驱动程序中实现数据传输的一种数据结构，全称USB request block，其定义如下：

1. struct urb  
2. {  
3.     /* private: usb core and host controller only fields in the urb */  
4.     struct kref kref;       /* reference count of the URB */  
5.     spinlock_t lock;        /* lock for the URB */  
6.     void *hcpriv;           /* private data for host controller */  
7.     atomic_t use_count;     /* concurrent submissions counter */  
8.     u8 reject;          /* submissions will fail */  
9.     
10.     /* public: documented fields in the urb that can be used by drivers */  
11.     struct list_head urb_list;  /* list head for use by the urb's 
12.                      * current owner */  
13.     struct usb_device *dev;     /* (in) pointer to associated device */  
14.     unsigned int pipe;      /* (in) pipe information */  
15.     int status;         /* (return) non-ISO status */  
16.     unsigned int transfer_flags;    /* (in) URB_SHORT_NOT_OK | ...*/  
17.     void *transfer_buffer;      /* (in) associated data buffer */  
18.     dma_addr_t transfer_dma;    /* (in) dma addr for transfer_buffer */  
19.     int transfer_buffer_length; /* (in) data buffer length */  
20.     int actual_length;      /* (return) actual transfer length */  
21.     unsigned char *setup_packet;    /* (in) setup packet (control only) */  
22.     dma_addr_t setup_dma;       /* (in) dma addr for setup_packet */  
23.     int start_frame;        /* (modify) start frame (ISO) */  
24.     int number_of_packets;      /* (in) number of ISO packets */  
25.     int interval;           /* (modify) transfer interval 
26.                      * (INT/ISO) */  
27.     int error_count;        /* (return) number of ISO errors */  
28.     void *context;          /* (in) context for completion */  
29.     usb_complete_t complete;    /* (in) completion routine */  
30.     struct usb_iso_packet_descriptor iso_frame_desc[0];  
31.                     /* (in) ISO ONLY */  
32. };  

使用urb实现数据传输的过程如下：

1. 分配一个urb结构体

调用usb_alloc_urb函数，分配一个uk_urb结构体空间，并初始化结构体。

1. 设置urb结构体

USB2.0中定义了控制、中断、批量、同步四种传输方式。Linux内核中对应这四种传输方式定义了对应的urb的接口函数。

static inline void usb_fill_control_urb (struct urb *urb,

                     struct usb_device *dev,

                     unsigned int pipe,

                     unsigned char *setup_packet,

                     void *transfer_buffer,

                     int buffer_length,

                     usb_complete_t complete_fn,

                     void *context)

 

static inline void usb_fill_bulk_urb (struct urb *urb,

                 struct usb_device *dev,

                 unsigned int pipe,

                 void *transfer_buffer,

                 int buffer_length,

                 usb_complete_t complete_fn,

                 void *context)

 

static inline void usb_fill_int_urb (struct urb *urb,

                 struct usb_device *dev,

                 unsigned int pipe,

                 void *transfer_buffer,

                 int buffer_length,

                 usb_complete_t complete_fn,

                 void *context,

                 int interval)

usb鼠标因其数据量少，对传输的实时性要求较高，因此选用中断传输的方式。这里重点讲解usb_fill_int_urb函数。

urb：需要设置的urb结构体；

dev：urb要发送到的usb设备；

pipe：urb要被发送到的USB设备的特定端点，使用usb_rcvintpipe函数或者usb_sndintpipe函数创建端点；

transfer_buffer：指向发送数据或者接收数据的虚拟缓冲区；

buffer_length：transfer_buffer数据缓冲区的长度；

complete_fn：指向urb完成时被调用的完成处理函数；

context：完成处理函数的上下文；

interval：urb调度的间隔时间。

1. 提交urb

调用usb_submit_urb函数，将urb提交到usb主机控制器驱动程序。

在urb完成处理函数usbmouse_as_key_irq中执行如下操作：

（1）判断按键是否是否发生变化，若变化，则上传对应的按键事件。

（2）重新提交urb。

usbmouse_as_key_disconnect函数中完成如下操作：

1. 调用usb_kill_urb函数杀死urb；
2. 调用usb_free_urb函数释放urb空间；
3. 调用usb_buffer_free释放缓冲区；
4. 调用input_unregister_device，卸载设备；
5. 调用input_free_device，释放dev设备。

代码如下：

1. #include <linux/kernel.h>  
2. #include <linux/slab.h>  
3. #include <linux/module.h>  
4. #include <linux/init.h>  
5. #include <linux/usb/input.h>  
6. #include <linux/hid.h>  
7.     
8. static struct input_dev *uk_dev;  
9. static char * usb_buf;  
10. static dma_addr_t usb_buf_phys;  
11. static int len;  
12. static struct urb *uk_urb;  
13.     
14. static struct usb_device_id usbmouse_as_key_id_table [] = {  
15.     { USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,  
16.         USB_INTERFACE_PROTOCOL_MOUSE) },  
17. };  
18.     
19. static void usbmouse_as_key_irq(struct urb *urb)  
20. {  
21. static unsigned char pre_val ;  
22.     
23. #if 0  
24.     int i;  
25.     static int cnt = 0;  
26.     printk("data cnt %d:",++cnt);  
27.     
28.     for(i = 0; i < len; i++)  
29.     {  
30.         printk("%02x", usb_buf[i]);  
31.     }  
32.     printk(" ");  
33. #endif  
34.     
35.     /*USB鼠标数据含义 
36.      * data[0]: bit0-左键 ，1-按下，0-松开 
37.      *          bit1-右键 ，1-按下，0-松开 
38.      *          bit2-中键 ，1-按下，0-松开 
39.      */  
40.      if((pre_val & (1<<0)) != (usb_buf[0] & (1<<0)))  
41.      {  
42.         input_event(uk_dev, EV_KEY, KEY_L, (usb_buf[0] & (1<<0))?1:0);  
43.         input_sync(uk_dev);  
44.      }  
45.      if((pre_val & (1<<1)) != (usb_buf[0] & (1<<1)))  
46.      {  
47.         input_event(uk_dev, EV_KEY, KEY_S, (usb_buf[0] & (1<<1))?1:0);  
48.         input_sync(uk_dev);  
49.      }  
50.      if((pre_val & (1<<2)) != (usb_buf[0] & (1<<2)))  
51.      {  
52.         input_event(uk_dev, EV_KEY, KEY_ENTER, (usb_buf[0] & (1<<2))?1:0);  
53.         input_sync(uk_dev);  
54.      }  
55.          
56.      pre_val = usb_buf[0];  
57.     
58.     /* 重新提交urb */  
59.     usb_submit_urb(uk_urb, GFP_KERNEL);   
60. }  
61.     
62. static int usbmouse_as_key_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)  
63. {  
64.     struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);  
65.     struct usb_host_interface *interface;  
66.     struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;  
67.     int pipe;  
68.     
69.     interface = intf->cur_altsetting;  
70.     endpoint = &interface->endpoint[0].desc;  
71.         
72.     /* a、分配一个input_dev */  
73.     uk_dev = input_allocate_device();  
74.         
75.     /* b、设置 */  
76.     /* b.1 能产生哪类事件 */  
77.     set_bit(EV_KEY, uk_dev->evbit);  
78.     set_bit(EV_REP, uk_dev->evbit);  
79.     /* b.2 能产生哪些事件 */  
80.     set_bit(KEY_L, uk_dev->keybit);  
81.     set_bit(KEY_S, uk_dev->keybit);  
82.     set_bit(KEY_ENTER, uk_dev->keybit);  
83.         
84.     /* c、注册 */  
85.     input_register_device(uk_dev);  
86.         
87.     /* d、硬件相关的操作 */  
88.     /* 数据传输三要素: 源、目的、长度 */  
89.     /* 源:  */  
90.     pipe = usb_rcvintpipe(dev, endpoint->bEndpointAddress);  
91.     /* 长度 */  
92.     len = endpoint->wMaxPacketSize;  
93.     /* 目的 */  
94.     usb_buf = usb_buffer_alloc(dev, len, GFP_ATOMIC, &usb_buf_phys);  
95.     
96.     /* 分配urb: usb request block */  
97.     uk_urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL);  
98.     /* 使用"数据传输三要素"设置urb */  
99.     usb_fill_int_urb(uk_urb, dev, pipe, usb_buf, len, usbmouse_as_key_irq, NULL, endpoint->bInterval);  
100.     uk_urb->transfer_dma = usb_buf_phys;  
101.     uk_urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP;  
102.     
103.     /* 使用urb */  
104.     usb_submit_urb(uk_urb, GFP_KERNEL);   
105.         
106.     return 0;  
107. }  
108.     
109.     
110. static void usbmouse_as_key_disconnect(struct usb_interface *intf)  
111. {  
112.     struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);  
113.         
114.     usb_kill_urb(uk_urb);  
115.     usb_free_urb(uk_urb);  
116.     usb_buffer_free(dev, len, usb_buf, usb_buf_phys);  
117.     input_unregister_device(uk_dev);  
118.     input_free_device(uk_dev);  
119. }  
120.     
121.     
122. static struct usb_driver usbmouse_as_key_driver = {  
123.     .name       = "usbmouse_as_key",  
124.     .probe      = usbmouse_as_key_probe,  
125.     .disconnect = usbmouse_as_key_disconnect,  
126.     .id_table   = usbmouse_as_key_id_table,  
127. };  
128.     
129. static int usbmouse_as_key_init()  
130. {  
131.     usb_register(&usbmouse_as_key_driver);  
132.     return 0;  
133. }  
134.     
135. static void usbmouse_as_key_exit()  
136. {  
137.     usb_deregister(&usbmouse_as_key_driver);  
138. }  
139.     
140. module_init(usbmouse_as_key_init);  
141. module_exit(usbmouse_as_key_exit);  
142.     
143. MODULE_LICENSE("GPL");  

测试截图如下：