uclinux内核中PC键盘驱动程序源码分析

 

一.   编写目的:

描述uclinux内核中pc机键盘驱动的体系结构和工作原理，用于指导针对具体的嵌入式键盘的驱动程序的编写。

二.   参考资料:

1．《Linux内核源代码情景分析（下册）》第8.7和8.8章节，page330～412

2．内核源代码文件：

../linux-2.4.x/drivers/char/keyboard.c

../linux-2.4.x/include/asm-i386/keyboard.h

../linux-2.4.x/drivers/char/pc_keyb.c

../linux-2.4.x/drivers/input/*.*

../linux-2.0.x/drivers/char/keyboard.c

3．网络文章：《书写基于内核的linux键盘记录器》

三.   pc键盘驱动工作流程：

1．  键盘初始化

该工作主要是由tty初始化函数tty_init()调用键盘驱动程序模块的初始化函数kbd_init()实现。Kbd_init()函数主要调用initialize_kbd()函数完成工作。

主要完成工作为，键盘的自检，检测，启动，寄存器设置等；并且向系统注册键盘中断服务函数。

2．  键盘中断响应过程

当用户按键或者释放键时，键盘向系统产生中断信号，系统自动进入键盘中断服务函数处理，该部分工作主要由键盘中断服务函数keyboard_interrupt()完成。

主要完成工作为：从键盘状态寄存器读取键盘状态，从键盘缓冲区读取数据，根据读取的状态和数据，进行键码转换等工作，将结果存入一个tty的“flip_buffer”的数据缓冲区。在中断服务函数最后，进行键盘后端处理函数（其实是控制台终端的tasklet，即console_tasklet()）调度。

3．  键盘后端处理（不属于键盘驱动程序处理范畴）

在键盘中断服务函数结束之前，会将键盘后端处理函数（其实是控制台终端的tasklet，即console_tasklet()）挂入后端处理队列，系统在调度的时候最终执行该函数。

在该函数中将完成一些键盘的相关工作，例如将flip_buffer中的键盘数据加以处理，将结果存入tty的read_buffer数据缓冲区。

4．  键盘数据最终结果传递到用户进程（不属于键盘驱动程序处理范畴）

在tty的file_operations数据结构的read函数指针指向read_charn()函数，该函数从read_buffer数据缓冲区获取数据，返回给用户进程。

如此一次键盘回话完成。

5．   

四.   源文件具体分析：

有一点必须注意，在linux-2.0.x的内核中，键盘驱动主要工作都是在

../linux-2.0.x/drivers/char/keyboard.c

文件中完成，而没有别的文件，不象linux-2.4.x内核除了文件：

../linux-2.4.x/drivers/char/keyboard.c

还有以下这些文件：

../linux-2.4.x/drivers/char/pc_keyb.c

../linux-2.4.x/include/asm-i386/keyboard.h

我们这里主要分析的时候linux-2.4.x内核的键盘驱动程序。

另外还有一些相关代码：

../linux-2.4.x/drivers/char/vt.c

../linux-2.4.x/drivers/char/tty_io.c

../linux-2.4.x/drivers/char/tty_ioctl.c

../linux-2.4.x/drivers/input/*.*

../linux-2.4.x/include/linux/kbd_kern.h

../linux-2.4.x/drivers/char/console.c

1．../linux-2.4.x/drivers/char/pc_keyb.c

（1）      void __init pckbd_init_hw(void)

键盘初始化函数，该函数由Kbd_init()调用（Kbd_init()调用的是kbd_init_hw()，但是在i386中，kbd_init_hw被#define为pckbd_init_hw）。

主要完成工作：

a．  根据kbd_controller_present判断键盘控制器是否存在

b．  调用kbd_request_region()分配资源

c．  调用kbd_clear_input()清除键盘控制器缓冲区数据

d．  键盘如果未复位初始化，则调用函数initialize_kbd()进行初始化

e．  设置kbd_rate函数指针为pckbd_rate()函数

f．   调用kbd_request_irq()，将键盘中断服务函数keyboard_interrupt()注册到系统。

（2）      static char * __init initialize_kbd(void)

键盘初始化函数，该函数由pckbd_init_hw()调用。

主要完成工作：

a．  调用kbd_write_command_w(KBD_CCMD_SELF_TEST)，进行键盘自检

b．  调用kbd_write_command_w(KBD_CCMD_KBD_TEST)，进行键盘检测

c．  调用kbd_write_command_w(KBD_CCMD_KBD_ENABLE)，使能键盘

d．  调用kbd_write_output_w(KBD_CMD_RESET)复位键盘，并且调用函数kbd_wait_for_input()接受复位状态字节并且判断复位是否成功，如果复位成功，继续，否则函数返回

e．  调用kbd_write_output_w(KBD_CMD_DISABLE)，在设置键盘工作模式之前，停止键盘工作。调用kbd_wait_for_input()接受停止键盘状态，如果停止成功，继续，否则函数返回

f．   调用kbd_write_command_w(KBD_CCMD_WRITE_MODE)和kbd_write_output_w(…)设置键盘工作模式。

g．  对于powerpc键盘的一些模式设置

h．  调用kbd_write_output_w_and_wait(KBD_CMD_ENABLE)，在完成键盘工作模式设置之后，使能键盘工作

i．    最后调用kbd_write_output_w_and_wait(KBD_CMD_SET_RATE)，set the typematic rate to maximum

（3）      static int kbd_write_output_w_and_wait(int data)

发送数据到键盘数据端口函数

主要完成工作：

a．  调用kbd_write_output_w(data)函数，往键盘数据端口发送数据

b．  调用kbd_wait_for_input()等待键盘的回应数据。

（4）      static int kbd_write_command_w_and_wait(int data)

发送命令到键盘数据端口函数

主要完成工作：

a．  调用kbd_write_command_w(data)函数，往键盘命令（控制）端口发送命令

b．  调用kbd_wait_for_input()等待键盘的回应数据

（5）      static void kbd_write_output_w(int data)

发送数据到键盘的数据端口函数，主要由kbd_write_output (data)完成工作，kbd_write_output (data)函数和体系结构非常密切，一般由汇编代码实现

（6）      static void kbd_write_command_w(int data)

发送命令到键盘的命令（控制）端口函数，主要由kbd_write_command(data)完成工作，kbd_write_command(data)函数和体系结构非常密切，一般由汇编代码实现。

（7）      static int __init kbd_wait_for_input(void)

延时等待键盘返回数据函数，即循环等待的时候kbd_read_data()调用函数从键盘的读取数据。

（8）      static void __init kbd_clear_input(void)

发送清除键盘数据，即调用函数kbd_read_data()不停地从键盘读取数据，知道没有数据为止。

（9）      static int __init kbd_read_data(void)

从键盘读取数据

主要完成工作：

a．  调用kbd_read_status()函数从键盘状态寄存器读取键盘地状态，该函数和体系结构关系密切，一般由汇编代码实现

b．  判断键盘缓冲区是否有数据，如果有则调用函数kbd_read_input()从键盘数据寄存器读取数据，该函数和体系结构关系密切，一般由汇编代码实现

c．  判断读取地数据是否有效

（10）   line657～679不懂

（11）  static int pckbd_rate(struct kbd_repeat *rep)

在pckbd_init_hw()函数中被赋值给函数指针kbd_rate，被../linux-2.4.x/drivers/char/vt.c 文件vt_ioctl()调用

（12）  static int write_kbd_rate(unsigned char r)

被函数pckbd_rate(),是一个内部函数

（13）   static unsigned char parse_kbd_rate(struct kbd_repeat *r)

被函数pckbd_rate(),是一个内部函数

（14）  void pckbd_leds(unsigned char leds)

在文件../linux-2.4.x/include/asm-i386/keyboard.h被定义成宏：kbd_leds()。被键盘中断后端处理函数kbd_bh()函数调用。

主要功能：

       调用函数send_data()设置键盘的led灯，如果失败设置键盘不存在。

（15）   static int send_data(unsigned char data)

发送字节data到键盘，并且等待键盘的回应。

（16）  static void keyboard_interrupt(int irq, void *dev_id, struct pt_regs *regs)

键盘中断服务函数（最关键），主要是调用函数handle_kbd_event()完成工作。在整个函数执行过程必须关闭中断。

注意：ps鼠标和键盘共用键盘中断服务函数

（17）  static unsigned char handle_kbd_event(void)

中断事件处理函数，该函数由keyboard_interrupt()调用

主要完成以下工作：

a．  调用kbd_read_status()读取键盘状态端口

b．  循环执行以下操作，知道根据状态寄存器判断没有数据，或者已经读取了1000个数据：

调用kbd_read_input()读取数据

根据状态寄存器的值，判断是ps鼠标中断，则调用鼠标中断事件处理函数handle_mouse_event()，如果是键盘中断，则调用handle_keyboard_event(unsigned char scancode)。

重新读取状态寄存器

c．   

（18）  static inline void handle_keyboard_event(unsigned char scancode)

该函数为键盘中断事件处理函数，由handle_kbd_event()函数调用，主要工作由handle_scancode()函数实现。

主要完成工作：

a．  调用do_acknowledge(scancode)发送通知数据收到信息给键盘

b．  调用handle_scancode()函数处理scancode。Handle_scancode()函数在文件../linux-2.4.x/drivers/char/keyboard.c中实现

c．  调用函数tasklet_schedule(&keyboard_tasklet)，将剩余工作放到bh，即将键盘后端函数keyboard_tasklet挂入tasklet，系统自动会调度运行该函数。

（19）  static inline void handle_mouse_event(unsigned char scancode)

由于ps鼠标不在该范畴内，在此不加以分析。

（20）  static int do_acknowledge(unsigned char scancode)

该函数处理当从键盘接收到一个数据时，往键盘发送ACK信息。

主要完成工作：

a．  根据reply_expected判断是否需要往键盘发送ACK信息

b．  如果需要，根据具体的scancode进行处理

（21）  int pckbd_pm_resume(struct pm_dev *dev, pm_request_t rqst, void *data)

该函数是关于PS鼠标的函数，在此不分析

（22）  char pckbd_unexpected_up(unsigned char keycode)

进行一些不预期的按键释放等处理，相应清除一些标志

（23）   int pckbd_translate(unsigned char scancode, unsigned char *keycode,char raw_mode)

将scancode转换为keycode，该函数在../linux-2.4.x/include/asm-i386/keyboard.h 文件中被定义成kbd_translate，在handle_scancode()函数中被调用。具体实现参考源代码

（24）  int pckbd_getkeycode(unsigned int scancode)

根据scancode和keycode数组e0_keys[128]或者high_keys[]数组获取keycode，该函数在../linux-2.4.x/include/asm-i386/keyboard.h中被定义为宏kbd_getkeycode，在文件../linux-2.4.x/drivers/char/keyboard.c中被getkeycode()函数调用。

主要功能：

       根据scancode获取pc键盘的功能键码

（25）  int pckbd_setkeycode(unsigned int scancode, unsigned int keycode)

根据scancode将eo_keys[128]或者high_keys[]对应项的值设置为keycode，该函数在../linux-2.4.x/include/asm-i386/keyboard.h中北定义为宏kbd_getsetkeycode，在文件../linux-2.4.x/drivers/char/keyboard.c中被getsetkeycode()函数调用。

主要功能：

根据设置pc键盘的功能键码为scancode

（26）  static void kb_wait(void)

循环等待，在等待的时候调用函数handle_kbd_event()监视键盘状态，超时或者状态满足则退出循环等待。

（27）    

2．../linux-2.4.x/drivers/char/keyboard.c

（1）            void handle_scancode(unsigned char scancode, int down)

该函数在pc键盘驱动中是非常关键的一个函数，主要是将scancode转换为tty所能接受的码制，例如ascii码，unicode等，具体根据需求而定。并且将转换结果存入flip_buffer；在控制台的后端处理函数将从flip_buffer读取数据到read_buffer；而tty驱动程序的读取函数（read：read_chan()）从read_buffer读取数据，从而完成键盘的一个回话。

具体实现请参考《linux内核源代码情景分析（下册）》的page375开始的内容

（2）            int __init kbd_init(void)

该函数在pc键盘驱动中也是非常关键的一个函数，键盘驱动，键盘的初始化都由该函数实现，主要功能通过调用函数kbd_init_hw()实现，而kbd_init_hw()是一个宏，具体实现函数为pckbd_init_hw()。

该函数被tty驱动的初始化函数即../linux-2.4.x/drivers/char/tty_io.c文件中的tty_init()函数调用。

具体实现：

a．  初始化kbd_table数组，即每个控制台的键盘状态。

b．  获取ttytab指针（也可以说是一个数组，数组成员为每个控制台对应的tty）。

c．  调用kbd_init_hw()函数，实现初始化

d． 使能键盘中断服务后端函数运行，并且挂接keyboard_tasklet()（其实就是kbd_bh()函数）为键盘中断服务后端执行函数

e． 调用函数pm_register()将键盘注册到电源管理设备列表，最后一个参数为回调函数，在此好像是NULL

（3）            static void kbd_bh(unsigned long dummy)

键盘中断服务程序的后端服务函数，主要完成console changing, led setting and copy_to_cooked等比较花时间的工作。

主要功能：

 完成键盘的numlock，capslock和scrolllock的led指示灯设置。

（4）            int getkeycode(unsigned int scancode)

该函数在../linux-2.4.x/drivers/char/vt.c文件line255处被do_kbkeycode_ioctl()调用。

（5）            int setkeycode(unsigned int scancode, unsigned int keycode)

该函数在../linux-2.4.x/drivers/char/vt.c文件line262处被do_kbkeycode_ioctl()调用。

（6）            static inline unsigned char getleds(void)

该函数被键盘中断后端处理函数kbd_bh()调用

（7） void register_leds(int console, unsigned int led,unsigned int *addr, unsigned int mask)

（8）            void setledstate(struct kbd_struct *kbd, unsigned int led)

该函数在../linux-2.4.x/drivers/char/vt.c文件Line690的vt_ioctl()函数中被调用。

具体功能：

       设置键盘NumLock, CapsLock,或ScrollLock的led灯的状态。

（9）            unsigned char getledstate(void)

该函数在../linux-2.4.x/drivers/char/vt.c文件Line683的vt_ioctl()函数中被调用。

具体功能：

       读取键盘NumLock, CapsLock,或ScrollLock的led灯的状态。

以下函数都是handle_scancode()函数处理scancode的时候调用的内部函数：

（10）        void put_queue(int ch)

（11）        static void puts_queue(char *cp)

上面这两个函数（8），（9）比较关键，因为就是由这两个函数将转换结果存入flip_buffer，并且将控制台的后端服务函数，即bh函数挂入tasklet。

（12）        void compute_shiftstate(void)

该函数被许多地方调用，例如：

../linux-2.4.x/drivers/char/console.c

../linux-2.4.x/drivers/char/vt.c

主要功能：

       设置shift_state全局变量，该变量是应该是和pc键盘上的“shift”键的状态相关联。

（13）         unsigned char handle_diacr(unsigned char ch)

（14）         static void SAK(void)

（15）         static void spawn_console(void)

（16）         static void compose(void)

（17）         static void boot_it(void)

（18）         static void scroll_back(void)

（19）         static void scroll_forw(void)

（20）         static void send_intr(void)

（21）         static void incr_console(void)

（22）         static void decr_console(void)

（23）         static void lastcons(void)

（24）         static void bare_num(void)

（25）         static void num(void)

（26）         static void hold(void)

（27）         static void show_ptregs(void)

（28）         static void caps_on(void)

（29）         static void caps_toggle(void)

（30）         static void enter(void)

（31）         static void applkey(int key, char mode)

（32）         void to_utf8(ushort c)

（33）         static void do_slock(unsigned char value, char up_flag)

（34）         static void do_lock(unsigned char value, char up_flag)

（35）         static void do_ascii(unsigned char value, char up_flag)

（36）         static void do_meta(unsigned char value, char up_flag)

（37）         static void do_dead2(unsigned char value, char up_flag)

（38）         static void do_shift(unsigned char value, char up_flag)

（39）         static void do_cur(unsigned char value, char up_flag)

（40）         static void do_pad(unsigned char value, char up_flag)

（41）         static void do_fn(unsigned char value, char up_flag)

（42）         static void do_cons(unsigned char value, char up_flag)

（43）         static void do_dead(unsigned char value, char up_flag)

（44）         static void do_self(unsigned char value, char up_flag)

（45）         static void do_spec(unsigned char value, char up_flag)

（46）         static void do_ignore(unsigned char value, char up_flag)

五.   键盘驱动和系统上层的接口，以下函数就是在根据具体硬件的时候特别关注的函数：

键盘驱动和系统上层的接口主要就是和tty驱动的接口，用户和键盘打交道一般都是通过tty的接口函数进行。

1．  kbd_init()－键盘初始化函数：tty驱动程序的初始化函数tty_init()调用键盘初始化函数kbd_init()函数

2．  Put_queue()或者puts_queue()函数：数据缓冲区和tty的接口，键盘驱动（具体地说是键盘中断服务函数）将从键盘读取地数据存入flip_buffer数据缓冲区，而用户调用tty驱动的read函数（即read_chan()）则从flip_buffer读取数据。

3．  ../linux-2.4.x/drivers/char/tty_ioctl.c 文件n_tty_ioctl()函数调用的地方。

4．  ../linux-2.4.x/drivers/char/vt.c 文件vt_ioctl()调用的地方。

（1）       void setledstate(struct kbd_struct *kbd, unsigned int led)

（2）       unsigned char getledstate(void)

（3）       int getkeycode(unsigned int scancode)

（4）       int setkeycode(unsigned int scancode, unsigned int keycode)

（5）       void compute_shiftstate(void)

（6）       static int pckbd_rate(struct kbd_repeat *rep)

5．  ../linux-2.4.x/drivers/chr/console.c文件redraw_screen()调用的地方

（1）       void compute_shiftstate(void)

（2）        

6．  另外注意的函数：

（1）       static void kbd_bh(unsigned long dummy)

（2）       void pckbd_leds(unsigned char leds)

7．   

六.