狂言USB驱动之USB键盘
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一.总体框图
二.驱动代码
/***************************************************************
*版权所有 (C)2014,
*文件名称：linux键盘驱动
*内容摘要：用另一种方式改写linux键盘驱动
*其它说明：
*当前版本：V1.2
*作 者： 若云流风
*完成日期：2014.5.6
*修改记录1：
* 修改日期：2014.5.7
* 版本号： V1.1
* 修改人： 若云流风
* 修改内容：消除程序硬释放不能实现重复事件问题
***************************************************************/
/*
* 参考：drivers\hid\usbhid\Usbkbd.c
*/
#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 *uk_dev;
static unsigned char *usb_buf;
static dma_addr_t usb_buf_phys;
static int len, pre_val,pre_val_change;
static struct urb *uk_urb;
/*键码表*/
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
};
/*
*接口描述符：类（HID），子类（boot），协议(KEYBOARD)
*/
static struct usb_device_id usb_keyboard_table [] = {
{ USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
USB_INTERFACE_PROTOCOL_KEYBOARD)},
//{USB_DEVICE(0x1234,0x5678)},
{ } /* Terminating entry */
};
static void usb_keyboard_irq(struct urb *urb)
{
/* //读者可自行调试，能够看到usb_buf[i]的具体数值
int i;
static int cnt = 0;
printk("data cnt %d: ", ++cnt);
for (i = 0; i < len; i++)
{
printk("%02x ", usb_buf[i]);
}
printk("\n");
*/
int i;
/*主要是上报是否按下了29, 42, 56,125, 97, 54,100,126这几个键码对应的键
*也就是 Left Control、 Left Shift 、Left Alt 、 Left GUI 、 Right Control、 Right Shift 、 Right Alt 、 Right GUI
*这几个建。因为要处理大小写等问题。要先判断是否按下他们，然后再判断是否按下其余按键
*/
for (i = 0; i < 8; i++)
input_report_key(uk_dev, usb_kbd_keycode[i + 224], (usb_buf[0] >> i) & 1);
/*因为bit0上面已经写出，bit1保留，其余的按键在bit2到7*/
for (i = 2; i < len; i++)
{
if (pre_val!= usb_buf[i]) //判断两次值是否相等（松开和按下肯等都不会相等）
{
/* 按下时候数组中不等于0的那个才能元素进来，进来后直接进入if
*在if中上报键值，并把键值给pre_val_change用来松手判断（如果直接赋值给pre_val会有BUG）
*在没有松按键时会一直打印（实现重复事件）
*/
if(usb_buf[i]!=0)
{
input_report_key(uk_dev, usb_kbd_keycode[usb_buf[i]], 1);
input_sync(uk_dev);
pre_val_change=usb_buf[i];
}
/*当松手时，usb_buf[i]值全为0，所以必然进入大if中，
*由于每个值都等于0,所以每次都会进入这个else（进入8次）
*进的最后要清零pre_val_change，要不然下次你再按此键值的时候
*pre_val!= usb_buf[i] 每次都会上报一次松开此键的BUG
*/
else
{
input_report_key(uk_dev, usb_kbd_keycode[pre_val], 0);
input_sync(uk_dev);
pre_val_change=0; //此处效果相同(pre_val_change=usb_buf[i];)要清零，否则会出现下次再按此键按不了的情况。
}
}
}
pre_val=pre_val_change; //将change值赋给per_val用来判断是否按下
/* 重新提交urb */
usb_submit_urb(uk_urb, GFP_ATOMIC);
}
static int usb_keyboard_probe(struct usb_interface *intf, const struct usb_device_id *id)
{
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);
struct usb_host_interface *interface;
struct usb_endpoint_descriptor *endpoint;
int pipe,i;
pre_val=0; //清零pre_val，这个是按键的old值
pre_val_change=0; //清零pre_val_change，引入第三变量
interface = intf->cur_altsetting;
endpoint = &interface->endpoint[0].desc;
/* a. 分配一个input_dev */
uk_dev = input_allocate_device();
/* b. 设置 */
/* b.1 能产生哪类事件 */
set_bit(EV_KEY, uk_dev->evbit);
set_bit(EV_REP, uk_dev->evbit);
/* b.2 能产生哪些事件 */
for (i = 0; i < 255; i++)
set_bit(usb_kbd_keycode[i], uk_dev->keybit);
/* c. 注册 */
input_register_device(uk_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); //urb索要发送的特定目标struct dev端点信息。
/* 长度: */
len = endpoint->wMaxPacketSize; //最大包的长度
/* 目的: */
usb_buf = usb_buffer_alloc(dev, len, GFP_ATOMIC, &usb_buf_phys); //分配一个usb_buffer
/* 使用"3要素" */
/* 分配usb request block */
uk_urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL); //给urb分配内存空间
/* 使用"3要素设置urb" */
usb_fill_int_urb(uk_urb, dev, pipe, usb_buf, len, usb_keyboard_irq, NULL, endpoint->bInterval);//用来正确地初始化即将被发送到USB设备的中断端点urb
uk_urb->transfer_dma = usb_buf_phys; //用dma方式传输数据到USB缓冲区
uk_urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP; //用于控制带有已设置好的DMA缓冲区的URB
/* 使用URB */
usb_submit_urb(uk_urb, GFP_KERNEL); //提交到USB核心以发送到USB设备
return 0;
}
static void usb_keyboard_disconnect(struct usb_interface *intf)
{
struct usb_device *dev = interface_to_usbdev(intf);
//printk("disconnect usbmouse!\n");
usb_kill_urb(uk_urb);
usb_free_urb(uk_urb);
usb_buffer_free(dev, len, usb_buf, usb_buf_phys);
input_unregister_device(uk_dev);
input_free_device(uk_dev);
}
/* 1. 分配/设置usb_driver */
static struct usb_driver usb_keyboadr_driver = {
.name = "usb_keyboard",
.probe = usb_keyboard_probe,
.disconnect = usb_keyboard_disconnect,
.id_table = usb_keyboard_table,
};
static int usb_keyboard_init(void)
{
/* 2. 注册 */
usb_register(&usb_keyboadr_driver);
return 0;
}
static void usb_keyboard_exit(void)
{
usb_deregister(&usb_keyboadr_driver);
}
module_init(usb_keyboard_init);
module_exit(usb_keyboard_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
三.程序分析
上面的代码是根据原USB键盘驱动代码改写而成，写的比较简单，但是有一个缺陷，不能实现重复事件（按下一个键不动，屏幕不会连续打印出这个键）。欢迎大家提供解决方法，后续有时间我还会改进，然后给大家分享。
1.框架分析
a. 分配结构体
static struct usb_driver usb_keyboadr_driver = {
.name = "usb_keyboard", //只是个名字而已，随便起
.probe = usb_keyboard_probe, //探测函数（后面细讲）
.disconnect = usb_keyboard_disconnect, //设备卸载（断开）时调用（做清理工作）
.id_table = usb_keyboard_table, //用来比较接口描述符，有则调用probe
};
b.注册
usb_register(&usb_keyboadr_driver);2.具体分析
a.usb_keyboard_table
/*类（HID），子类（boot），协议(MOUSE)*/
static struct usb_device_id usb_keyboard_table [] = {
{ USB_INTERFACE_INFO(USB_INTERFACE_CLASS_HID, USB_INTERFACE_SUBCLASS_BOOT,
USB_INTERFACE_PROTOCOL_KEYBOARD)},
//{USB_DEVICE(0x1234,0x5678)},
{ } /* Terminating entry */
};
创建一个struct usb_device_id 的结构体，仅和USB接口的制定类型匹配，例如你插入键盘能识别并调用probe,但是你插入个鼠标就不能识别了（你按左键、右键什么的基本就什么反应也没有）。
b.usb_keboard_probe(重要)
看代码你会有似曾相识的感觉，没错相信你的感觉，USB驱动也在输入子系统里面（不清楚输入子系统可以看我之前写的触摸屏驱动三部曲，那对输入子系统讲的比较详细），但USB驱动也有自己与众不同之处。
1. 分配一个input_dev
uk_dev = input_allocate_device();
2. 设置
2.1 能产生哪类事件
set_bit(EV_KEY, uk_dev->evbit);
2.2 能产生哪些事件
for (i = 0; i < 255; i++) set_bit(usb_kbd_keycode[i], uk_dev->keybit);
在这里插将下简码表：
君可见usb_kbd_keycode[256] 这个大数组，没错他就是简码表，他是干啥用的？好了，让我们想一下我们按键为什么系统能够知道，我们按下一个A，系统可不知道你按下的是啥，于是我们给键盘编码，叫每一个按键拥有一个确定的的值，例如A就对应30这个数字。好好理解下简码表对后面我们分析中断函数十分重要。具体键值参考(linux-2.6.22.6\linux-2.6.22.6\include\linux\input.h)
3. 注册
input_register_device(uk_dev);
程序到这里和我们以前写的输入子系统的框架没有本质差别，以前硬件相关操作我们都是去操作寄存器，现在我们只要操作urb就行了（想操作寄存器也没有啊，一个USB，一共四根线，还一个电源一个地）
4. 硬件相关操作
/* a. 分配一个input_dev */ uk_dev = input_allocate_device(); /* b. 设置 */ /* b.1 能产生哪类事件 */ set_bit(EV_KEY, uk_dev->evbit); set_bit(EV_REP, uk_dev->evbit); /* b.2 能产生哪些事件 */ for (i = 0; i < 255; i++) set_bit(usb_kbd_keycode[i], uk_dev->keybit); /* c. 注册 */ input_register_device(uk_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 */ uk_urb = usb_alloc_urb(0, GFP_KERNEL); /* 使用"3要素设置urb" */ usb_fill_int_urb(uk_urb, dev, pipe, usb_buf, len, usb_keyboard_irq, NULL, endpoint->bInterval); uk_urb->transfer_dma = usb_buf_phys; uk_urb->transfer_flags |= URB_NO_TRANSFER_DMA_MAP; /* 使用URB */ usb_submit_urb(uk_urb, GFP_KERNEL);
c.usb_keyboard_irq（重要）
这个函数可以说是整个驱动的精华所在，由于编程能力有限，我改了很长时间才弄出来。
首先我们来看下内核自带的源代码是如何实现的.（我只是拷一个片段）
/*主要是上报是否按下了29, 42, 56,125, 97, 54,100,126这几个键码对应的键
*也就是 Left Control、 Left Shift 、Left Alt 、 Left GUI 、 Right Control、 Right Shift 、 Right Alt 、 Right GUI
*这几个建。因为要处理大小写等问题。要先判断是否按下他们，然后再判断是否按下其余按键
*/
for (i = 0; i < 8; i++)
input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[i + 224], (kbd->new[0] >> i) & 1);
for (i = 2; i < 8; i++) {
if (kbd->old[i] > 3 && memscan(kbd->new + 2, kbd->old[i], 6) == kbd->new + 8) {
if (usb_kbd_keycode[kbd->old[i]])
input_report_key(kbd->dev, usb_kbd_keycode[kbd->old[i]], 0);
else
info("Unknown key (scancode %#x) released.", kbd->old[i]);
}
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); //将new的数据拷到old里面去
下面我将用几个问题揭开驱动这层神秘的面纱。三问驱动：
问1：第一个循环什么意思？没有行不行？
答：主要是上报是否按下了29, 42, 56,125, 97, 54,100,126这几个键码对应的键
也就是 Left Control、 Left Shift 、Left Alt 、 Left GUI 、 Right Control、 Right Shift 、 Right Alt 、 Right GUI
这几个键。因为要处理大小写等问题。要先判断是否按下他们，然后再判断是否按下其余按键。右移i位，再与 1就能判断是否按下。这个和他们数据格式有关，看下个问题。没有这个循环肯定不行，例如你想中断某个程序要按Control+c，亲怎么办？所以这个循环是必须的。
问2：为什么从第二个循环要从i=2开始？
答：这个和数据的格式有关系，键盘发送给PC的数据每次8个字节 data0 data1 data2 data3 data4 data5 data6 data7 ，其中data0就是我上面第一个问题将的那8个按键（ |--bit0: Left Control是否按下，按下为1
|--bit1: Left Shift 是否按下，按下为1
|--bit2: Left Alt 是否按下，按下为1
|--bit3: Left GUI 是否按下，按下为1
|--bit4: Right Control是否按下，按下为1
|--bit5: Right Shift 是否按下，按下为1
|--bit6: Right Alt 是否按下，按下为1
|--bit7: Right GUI 是否按下，按下为1
问3：怎么判断是否按下还是松开？
答：判断按下：第二个for循环里的第二个if里面
首先判断new[i]是否大于3，因为由于简码表可知usb_kbd_keycode[0]到usb_kbd_keycode[3]都是0（KEY_RESERVED），没有意义。并且在old[2]到old[8]中没有出现过，也就是和上次的键值不一样（memcpy函数把每次的键值进行拷贝，用来判断是否按下），如果按下了，肯定值会不一样的嘛（就是memescan没找到）。然后再判断一下键值是否为0，如何非0，则上报按键。如果是0，就是不知道的键按下（你会发现键码表中除了前4个还是有许多0的）。
判断松开：第二个for循环里的第一个if里面
和判断按下类似，如果你松开，你的new[]数组里面全是0，肯定和上次的old[]不一样，所以会进入if()；然后继续判断是否是0,如果非0，上报按键已经松开。注意第二次判断用的都是old,因为你要上报的是上次是否松开，这次的new里面全是0.
四.程序改写
版本V1.2：
static void usb_keyboard_irq(struct urb *urb)
{
int i;
/*主要是上报是否按下了29, 42, 56,125, 97, 54,100,126这几个键码对应的键
*也就是 Left Control、 Left Shift 、Left Alt 、 Left GUI 、 Right Control、 Right Shift 、 Right Alt 、 Right GUI
*这几个建。因为要处理大小写等问题。要先判断是否按下他们，然后再判断是否按下其余按键
*/
for (i = 0; i < 8; i++)
input_report_key(uk_dev, usb_kbd_keycode[i + 224], (usb_buf[0] >> i) & 1);
/*因为bit0上面已经写出，bit1保留，其余的按键在bit2到7*/
for (i = 2; i < len; i++)
{
if (pre_val!= usb_buf[i]) //判断两次值是否相等（松开和按下肯等都不会相等）
{
/* 按下时候数组中不等于0的那个才能元素进来，进来后直接进入if
*在if中上报键值，并把键值给pre_val_change用来松手判断（如果直接赋值给pre_val会有BUG）
*在没有松按键时会一直打印（实现重复事件）
*/
if(usb_buf[i]!=0)
{
input_report_key(uk_dev, usb_kbd_keycode[usb_buf[i]], 1);
input_sync(uk_dev);
pre_val_change=usb_buf[i];
}
/*当松手时，usb_buf[i]值全为0，所以必然进入大if中，
*由于每个值都等于0,所以每次都会进入这个else（进入8次）
*进的最后要清零pre_val_change，要不然下次你再按此键值的时候
*pre_val!= usb_buf[i] 每次都会上报一次松开此键的BUG
*/
else
{
input_report_key(uk_dev, usb_kbd_keycode[pre_val], 0);
input_sync(uk_dev);
pre_val_change=0; //此处效果相同(pre_val_change=usb_buf[i];)要清零，否则会出现下次再按此键按不了的情况。
}
}
}
pre_val=pre_val_change; //将change值赋给per_val用来判断是否按下
/* 重新提交urb */
usb_submit_urb(uk_urb, GFP_ATOMIC);
}
看了上图你或许能够清楚的明白程序了，但是这里你会发现我引入了一个pre_val_change变量，因为我怕继续循环会造成BUG，因为当你上报按下还是松开的时候循环并没有结束（调这个BUG调了好久，才发现的），这将带来冗余的循环。(但对效率影响不大)