android系統移植之按鍵驅動篇
平臺：MX53_QSB開發板
MX53_QSB開發板上一起有四個按鍵，分別為RESET,POWER,USER1,USER2。其中RESET為純硬體復位按鍵，無須軟體控制。POWER，USER1，USER2三個按鍵均需要程式控制。預設BSP包中將三個按鈕全設定為上升和下降沿觸發，當系統起來後，按下POWER鍵，進入睡眠狀態，這時再按下POWER鍵喚醒時，系統系統被喚醒，但是一旦手鬆下，又觸發了POWER鍵的中斷，系統又睡下去了。在進入睡眠狀態後，只有按USER1和USER2這兩個鍵，才能正常喚醒。因此，這裡有BUG需修復。
按鍵驅動有兩個，一個為矩陣鍵盤驅動，路徑為：
\drivers\input\keyboard\mxc_keyb.c
一個為GPIO介面的鍵盤驅動，路徑為：
\drivers\input\keyboard\gpio_keys.c
前者用於多按鍵的情況，如果按鍵比較少，後者就可以了，一般情況下，android系統只需幾個按鍵就可以了，所以大多數情況下，都是使用的gpio_keys.c。下面我們將詳細分析該驅動的工作流程。
在module_init函式中，在總線上註冊名為gpio-keys的驅動，這時將夫在總線上查詢是否存在同名的裝置。系統初始化時，mx53_loco.c中，mxc_board_init函式已呼叫了按鍵初始化函式loco_add_device_buttons()，同時pdev的資料結構體中定義了按鍵的相關資訊如下：
#define GPIO_BUTTON(gpio_num, ev_code, act_low,descr, wake) \
{ \
.gpio = gpio_num, \
.type = EV_KEY, \
.code = ev_code, \
.active_low = act_low, \
.desc = "btn " descr, \
.wakeup = wake, \
}
static struct gpio_keys_button loco_buttons[] = {
GPIO_BUTTON(MX53_nONKEY,KEY_POWER, 1, "power", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI1,KEY_BACK, 1, "back", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI2,KEY_HOME, 1, "home", 0),
};
static struct gpio_keys_platform_dataloco_button_data = {
.buttons = loco_buttons,
.nbuttons = ARRAY_SIZE(loco_buttons),
};
可見，結構體定義了三個GPIO，分別為power,back以及home。注意GPIO_BUTTON函式中的實參，第一個為對應的GPIO，純硬體特性，第二個為按鍵的鍵值，在linux/input.h中定義：
#defineKEY_POWER 116
#defineKEY_HOME 102
#defineKEY_BACK 158
第三個引數為1，表明按下去為1，擡起為0；第四個引數為按鍵名稱描述，無關緊要；第5個引數為wakeup，看名稱好像與休眠喚醒有關，實際測試修改為1後，沒有發現有什麼異常。這幾個引數是後續新增新的按鍵，或者更改按鍵功能的關鍵。
再回到gpio-keys.c中，找到同名裝置後，探測函式gpio_keys_probe得到執行，呼叫input_allocate_device函式建立一個input裝置，再通過一個for迴圈，呼叫gpio_keys_setup_key和input_set_capability函式，設定上表中列出的三個IO口的中斷函式以及按鍵功能。後面用到了sysfs_create_group函式建立了基於sys系統的檔案屬性組，具體可以在?sys/devices/platform/gpio-keys目錄下找到gpio_keys_attr_group結構體中attrs組對應的gpio_keys_attrs結構體中的幾個屬性檔案，gpio_keys_attrs結構體描述如下：
static struct attribute *gpio_keys_attrs[] = {
&dev_attr_keys.attr,
&dev_attr_switches.attr,
&dev_attr_disabled_keys.attr,
&dev_attr_disabled_switches.attr,
NULL,
};
dev_attr_disabled_keys和dev_attr_disabled_switches在前面做了如下宣告：
static DEVICE_ATTR(disabled_keys, S_IWUSR |S_IRUGO,
gpio_keys_show_disabled_keys,
gpio_keys_store_disabled_keys);
static DEVICE_ATTR(disabled_switches, S_IWUSR |S_IRUGO,
gpio_keys_show_disabled_switches,
gpio_keys_store_disabled_switches);
在android系統終端，我們可以進入該路徑檢視是否存在，以及他們的檔案屬性如下：
注意上面四個檔案的讀寫屬性。
可見，這裡留有在系統中操作按鍵的後門，具體以後再分析。接下來，呼叫input_register_device函式向輸入子系統註冊input_dev，結束探測函式初始化。
探測函式的關鍵點在gpio_keys_setup_key函式中，相關程式碼如下：
static int __devinit gpio_keys_setup_key(structplatform_device *pdev,
struct gpio_button_data *bdata,
struct gpio_keys_button *button)
{
char *desc= button->desc ? button->desc : "gpio_keys";//從loco_buttons陣列中獲得按鍵的描述名稱
structdevice *dev = &pdev->dev;
unsignedlong irqflags;
intirq, error;
//傳入引數: 過期時間，回撥函式，上下文
//當計時器過期時，回撥函式gpio_keys_timer將得到執行
setup_timer(&bdata->timer,gpio_keys_timer, (unsigned long)bdata);//初始化計時器
INIT_WORK(&bdata->work,gpio_keys_work_func);
error= gpio_request(button->gpio, desc);//請求使用GPIO
if(error < 0)
{
dev_err(dev,"failed to request GPIO %d, error %d\n",button->gpio, error);
gotofail2;
}
error= gpio_direction_input(button->gpio);//設定指定的GPIO為輸入模式
if(error < 0)
{
dev_err(dev,"failed to configure direction for GPIO %d, error %d\n",
button->gpio,error);
gotofail3;
}
irq =gpio_to_irq(button->gpio);//獲得GPIO對應的中斷號
if (irq< 0)
{
error= irq;
dev_err(dev,"Unable to get irq number for GPIO %d, error %d\n",button->gpio,error);
gotofail3;
}
irqflags= IRQF_TRIGGER_RISING | IRQF_TRIGGER_FALLING;
//irqflags= IRQF_TRIGGER_FALLING;//lqm changed.
/*
* If platform has specified that the buttoncan be disabled,
* we don't want it to share the interruptline.
*/
if(!button->can_disable)
irqflags|= IRQF_SHARED;
error= request_irq(irq, gpio_keys_isr, irqflags, desc, bdata);//請求按鍵中斷
……
}
該函式使用了帶定時器延時的中斷機制，用於按鍵去抖動。即中斷的執行在定時器到來之後執行，這樣能夠有效的去除按鍵抖動。同時，中斷使用工作佇列的機制。
整個按鍵中斷的工作呼叫有點複雜，下面逐步解析：
首先，上面函式中setup_timer函式初始化定時器，第二個實參為一個名為gpio_keys_timer的函式，一旦計時器過期，該函式將得到執行。setup_timer函式需和mod_timer函式配合使用，在按鍵中斷的頂半部，即gpio_keys_isr函式，會判斷debounce_interval是否為0，若為非0，則呼叫mod_timer函式延時debounce_interval ms，再觸發定時器中斷，即gpio_keys_timer函式得到執行。否則，直接排程工作佇列，執行中斷底半部。
回到gpio_keys_setup_key函式，在初始化完計時器後，再呼叫INIT_WORK函式初始化工作佇列，初始化函式有一個實參函式gpio_keys_work_func，即一旦排程相應佇列名，該函式將得到執行。
接下來是IO口的中斷初始化，呼叫gpio_request函式申請相應的GPIO，呼叫gpio_direction_input函式將對應的GPIO設定為輸入，gpio_to_irq函式通過指定GPIO口對映到指定的IRQ中斷號，request_irq函式申請中斷。
值得注意的是，三個按鍵通過request_irq申請中斷時，共用了同一個中斷函式gpio_keys_isr，那麼程式是怎麼判斷具體是哪個按鍵觸發的呢？
帶著這個問題，我們將整個中斷的執行過程疏理一遍：
第一步：硬體板按下按鍵，電平由高變低，中斷被觸發，中斷函式gpio_keys_isr被呼叫。程式碼如下：
static irqreturn_t gpio_keys_isr(int irq, void*dev_id)
{
structgpio_button_data *bdata = dev_id;
structgpio_keys_button *button = bdata->button;
BUG_ON(irq!= gpio_to_irq(button->gpio));
if(button->debounce_interval)//產生按鍵中斷後，用計時器延時button->debounce_interval ms之後，再執行按鍵處理
mod_timer(&bdata->timer,jiffies+ msecs_to_jiffies(button->debounce_interval));
else
schedule_work(&bdata->work);
returnIRQ_HANDLED;
}
中斷函式會判斷debounce_interval是否為0，debounce_interval代表計時器需要延時的時間，單位為毫秒。為了確定程式具體如何執行，我們首先需分析出它的值。以下是推理邏輯：
button->debounce_interval à 找到button結構體來源
*bdata = dev_id&& *button = bdata->button à *button = dev_id->button
staticirqreturn_t gpio_keys_isr(int irq, void *dev_id);
error =request_irq(irq, gpio_keys_isr, irqflags, desc, bdata);
上面兩個函式，gpio_keys_isr為request_irq的一個實參，根到request_irq程式碼中，最終會呼叫kernel\irq\manage.c中的request_threaded_irq函式，部分程式碼如下：
int request_threaded_irq(unsigned int irq,irq_handler_t handler,
irq_handler_t thread_fn, unsigned longirqflags,
const char *devname, void *dev_id)
{
……
action= kzalloc(sizeof(struct irqaction), GFP_KERNEL);
if(!action)
return-ENOMEM;
action->handler= handler;
action->thread_fn= thread_fn;
action->flags= irqflags;
action->name= devname;
action->dev_id= dev_id;
chip_bus_lock(irq,desc);
retval= __setup_irq(irq, desc, action);
chip_bus_sync_unlock(irq,desc);
if(retval)
kfree(action);
#ifdef CONFIG_DEBUG_SHIRQ
if(!retval && (irqflags & IRQF_SHARED)) {
/*
* It's a shared IRQ -- the driver ought to beprepared for it
* to happen immediately, so let's makesure....
* We disable the irq to make sure that a'real' IRQ doesn't
* run in parallel with our fake.
*/
unsignedlong flags;
disable_irq(irq);
local_irq_save(flags);
handler(irq,dev_id);
local_irq_restore(flags);
enable_irq(irq);
}
#endif
returnretval;
}
繼續根到__setup_irq函式，後面不繼續分析了，最終會將request_irq中的兩個實參irq和bdata賦給中斷服務函式gpio_keys_isr中的兩個實參，也就是說，*button =dev_id->button等價於*button=bdata->button。
在gpio_keys_probe函式中，bdata->button = button，*button = &pdata->buttons[i];可以推斷出*button= pdata->buttons[i]，而*pdata = pdev->dev.platform_data，那麼*button= pdev->dev.platform_data-> buttons[i]，也就是mx53_loco.c中的如下結構體陣列中的一組：
static struct gpio_keys_button loco_buttons[] = {
GPIO_BUTTON(MX53_nONKEY,KEY_POWER, 1, "power", 0),
//GPIO_BUTTON(USER_UI1,KEY_BACK, 1, "back", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI2,KEY_HOME, 1, "home", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI1,KEY_RIGHT, 1, "right", 0),//test by lqm.
};
由此可以推斷出，前面的button->debounce_interval即loco_buttons[i]-> debounce_interval。陣列loco_buttons的結構體如下：
struct gpio_keys_button {
/*Configuration parameters */
intcode; /* input event code(KEY_*, SW_*) */
intgpio;
intactive_low;
char*desc;
inttype; /* input event type(EV_KEY, EV_SW) */
intwakeup; /* configure thebutton as a wake-up source */
intdebounce_interval; /* debounce ticksinterval in msecs */
boolcan_disable;
};
由於程式中並沒有對debounce_interval賦值，因此預設debounce_interval為0。回到gpio_keys_isr函式，由於button->debounce_interval為0，那麼計時器機制沒有啟動，直接執行排程函式schedule_work。
第二步：中斷佇列gpio_keys_work_func函式得到執行。它又會呼叫gpio_keys_report_event函式，程式碼如下：
static void gpio_keys_report_event(structgpio_button_data *bdata)
{
structgpio_keys_button *button = bdata->button;
structinput_dev *input = bdata->input;
unsignedint type = button->type ?: EV_KEY;
intstate = (gpio_get_value(button->gpio) ? 1 : 0) ^ button->active_low;//獲得按鍵資訊，同時與1異或?
input_event(input,type, button->code, !!state);
input_sync(input);//事件同步，它告知事件的接收者驅動已經發出了一個完整的報告
}
這裡是中斷底半部，變數state經gpio_get_value函式獲得當前IO口的電平狀態，再通過input_event函式將當前電平狀態以及button->code上傳給輸入子系統。button->code即loco_buttons數組裡面GPIO_BUTTON中的第二個引數，它定義了按鍵的作用。最後呼叫input_sync函式同事事件，結束一次按鍵的操作。
由於前面分析的debounce_interval值為0，因此執行流程比較簡單，如果它不會0，將會啟用計時器機制，流程會複雜一些。
預設三個按鍵的功能為開關機，主頁和返回三個功能，如果我們需要修改對應按鍵的功能，是否修改上面的GPIO_BUTTON->ev_code就可以了呢？比如，我們需要將back鍵改為right鍵，做如下修改：
static struct gpio_keys_button loco_buttons[] = {
GPIO_BUTTON(MX53_nONKEY,KEY_POWER, 1, "power", 0),
//GPIO_BUTTON(USER_UI1,KEY_BACK, 1, "back", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI2,KEY_HOME, 1, "home", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI1,KEY_RIGHT, 1, "right", 0),//test by lqm.
};
編譯核心，這樣按鍵功能就改變了嗎？答案是否定的。因為android並沒有直接使用對映後的鍵值，而且對其再進行了一次對映，從核心標準鍵值到android所用鍵值的對映表定義在android檔案系統的/system/usr/keylayout目錄下。標準的對映檔案為qwerty.kl，定義如下：
key 399 GRAVE
key 2 1
key 3 2
key 4 3
key 5 4
key 6 5
key 7 6
key 8 7
key 9 8
key 10 9
key 11 0
key 158 BACK WAKE_DROPPED
key 230 SOFT_RIGHT WAKE
key 60 SOFT_RIGHT WAKE
key 107 ENDCALL WAKE_DROPPED
key 62 ENDCALL WAKE_DROPPED
key 229 MENU WAKE_DROPPED
key 139 MENU WAKE_DROPPED
key 59 MENU WAKE_DROPPED
key 127 SEARCH WAKE_DROPPED
key 217 SEARCH WAKE_DROPPED
key 228 POUND
key 227 STAR
key 231 CALL WAKE_DROPPED
key 61 CALL WAKE_DROPPED
key 232 DPAD_CENTER WAKE_DROPPED
key 108 DPAD_DOWN WAKE_DROPPED
key 103 DPAD_UP WAKE_DROPPED
key 102 HOME WAKE
key 105 DPAD_LEFT WAKE_DROPPED
key 106 DPAD_RIGHT WAKE_DROPPED
key 115 VOLUME_UP
key 114 VOLUME_DOWN
key 116 POWER WAKE
key 212 CAMERA
key 16 Q
key 17 W
key 18 E
key 19 R
key 20 T
key 21 Y
key 22 U
key 23 I
key 24 O
key 25 P
key 26 LEFT_BRACKET
key 27 RIGHT_BRACKET
key 43 BACKSLASH
key 30 A
key 31 S
key 32 D
key 33 F
key 34 G
key 35 H
key 36 J
key 37 K
key 38 L
key 39 SEMICOLON
key 40 APOSTROPHE
key 14 DEL
key 44 Z
key 45 X
key 46 C
key 47 V
key 48 B
key 49 N
key 50 M
key 51 COMMA
key 52 PERIOD
key 53 SLASH
key 28 ENTER
key 56 ALT_LEFT
key 100 ALT_RIGHT
key 42 SHIFT_LEFT
key 54 SHIFT_RIGHT
key 15 TAB
key 57 SPACE
key 150 EXPLORER
key 155 ENVELOPE
key 12 MINUS
key 13 EQUALS
key 215 AT
android按鍵的處理是Window Manager負責，主要的對映轉換實現在android原始碼frameworks/base/libs/ui/EventHub.cpp此檔案處理來自底層的所有輸入事件，並根據來源對事件進行分類處理，對於按鍵事件，它首先記錄驅動名稱，再獲取環境變數ANDROID_ROOT為系統路徑，預設是/system，定義在android原始碼/system/core/rootdir/init.rc檔案中。然後查詢路徑為"系統路徑/usr/keylayout/驅動名稱.kl"的按鍵對映檔案，如果不存在則預設用路徑為"系統路徑/usr/keylayout/qwerty.kl"。這個預設的按鍵對映檔案，對映完成後再把經對映得到的android按鍵碼值發給上層應用程式。所以我們可以在核心中定義多個按鍵裝置，然後為每個裝置設定不同的按鍵對映檔案，不定義則會預設用qwerty.kl。
有了上面的分析，我們不難發現，上述更改是不可能有效果的，只能越改越不能用。相反，如果僅僅只需要更改某個按鍵的功能，根本就不用改核心，只需重新定義android系統的gpio-keys.kl即可。
進android系統後找到該檔案，
可以發現，在在gpio-keys.kl和qwerty.kl兩個檔案，因此a ndroid系統會從gpio-keys.kl中查詢鍵值進行對映。裡面內容如下：
key 102 HOME WAKE
key 158 BACK WAKE
這不正是開發板上android的兩個功能鍵嗎？對於第三個POWER鍵，是用於開關機的，不屬android功能鍵範疇，因此無須對映。
修改按鍵功能有兩種方法：
方法一：直接修改gpio-keys.kl檔案的內容，比如我們想將BACK鍵改成右鍵，我們只需做如下修改：
key 102 HOME WAKE
key 106 DPAD_RIGHT WAKE
注意上面的106以及按鍵名稱，都是從qwerty.kl裡面找的，千萬不要在linux核心的input.h中查詢。DPAD_RIGHT不能更改為RIGHT，否則android無法識別。
方法二：修改核心中mx53_loco.c中的陣列如下：
static struct gpio_keys_button loco_buttons[] = {
GPIO_BUTTON(MX53_nONKEY,KEY_POWER, 1, "power", 0),
//GPIO_BUTTON(USER_UI1,KEY_BACK, 1, "back", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI2,KEY_HOME, 1, "home", 0),
GPIO_BUTTON(USER_UI1,KEY_RIGHT, 1, "right", 0),//test by lqm.
};
再修改上面的gpio-keys.kl檔案，內容如下：
key 102 HOME WAKE
key 106 DPAD_RIGHT WAKE
方法二相比方法一，多了一個步驟，但是推薦採用方法二，這樣更容易理解，也不易混淆。