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结课作业自选01. 内核空间 MPU6050 体感鼠标驱动程序（二）（完整实现流程）

news 2025/5/23 5:49:45

目录

一. 题目要求-内核空间 MPU6050 体感鼠标驱动程序

二. 伪代码及程序运行流程

三. 主要函数详解（根据代码流程进行详解）

3.1 module_i2c_driver宏（对应“1”）

3.2 mpu_of_match设备树匹配表（对应“2”）

3.3 MODULE_DEVICE_TABLE宏声明驱动支持的设备列表

3.4 mpu_mouse_probe驱动检测函数（初始化设备）（对应“3”）

3.4.1 init_gpio_reg初始化GPIO时钟和寄存器映射

3.5 timer_callback回调函数（对应“4、5”）

3.6 accel_work_handler 工作队列处理函数（定时读取数据）（对应“6、7”）

3.6.1 read_accel加速度读取函数

3.6.1.1 i2c_smbus_read_i2c_block_data函数功能

3.6.1.2 convert_accel函数 转换加速度为位移

3.6.2 lowpass_filter低通滤波函数

四. 完整版代码

一. 题目要求-内核空间 MPU6050 体感鼠标驱动程序

        （1）采用课上练习“设备驱动练习”给出的 i2c 框架程序

        （2）修改 dts 文件时，按照课件中的描述修改。

        （3）实现驱动模型要求的 probe()函数。

注意：

        鼠标功能除了 MPU6050 运动传感器外还需要一个或两个按键（左右键），

        按键可以使用按键中断或者使用 MPU6050 定时器同步读取电平。        

        自己设计滤波程序使鼠标指针稳定。

        （4）实现 mpu6050 的定时服务函数，并向 input 核心层报告事件。可以自己选择实

现鼠标类设备还是触摸屏类设备。

        （5）编写一个应用程序来测试驱动，读出鼠标坐标值和按键事件。

二. 伪代码及程序运行流程

        代码执行流程和前一个博客中，内核使用mpu6050的流程一致，此代码就是在前代码的基础上修改完成的。

        1. 模块加载insmod mpu6050_kernel.ko时module_i2c_driver宏会自动注册

        2. mpu_mouse_driver结构体里的.probe对应的mpu_mouse_probe在I2C总线检测到匹配的设备时执行（根据mpu_mouse_driver结构体中的.of_match_table设备树匹配表进行匹配检测）

        3. mpu_mouse_probe在进行一系列设备初始化之后执行mod_timer函数定时器计时

        4. 定时器到期之后执行定时器回调函数timer_callback

        5. timer_callback里面执行data->work，也就是accel_work_handler工作队列处理函数

        6. accel_work_handler函数读取加速度并传给虚拟鼠标控制鼠标实现体感鼠标功能

        7. accel_work_handler函数最后执行mod_timer函数，重新给定时器计时，然后回到4.一直循环执行，直到rmmod mpu6050_kernel.ko为止

// mpu_mouse_kernel.cstruct mpu_mouse_data {// 代码中用到的主要变量
};/* 加速度转换函数（纯整数运算） */
static void convert_accel(int16_t raw_x, int16_t raw_y, int *dx, int *dy) {// 将加速度转换成鼠标的位移
}/*  低通滤波函数：filtered_val = (new_val + 3*last)/4 */
static void lowpass_filter(int *filtered_val, int new_val) {// 低通滤波
}/* 读取加速度计数据 */
static void read_accel(struct i2c_client *client, int *dx, int *dy) {// 从MPU6050寄存器读取原始数据（加速度XYZ）i2c_smbus_read_i2c_block_data(client, 0x3B, 6, buf);// 转换加速度为位移(注意，这里是将raw_y传给了x, raw_x传给了y, 因为mpu和屏幕的xy轴是相反的)convert_accel(raw_y, raw_x, dx, dy);
}/* 新增：初始化GPIO时钟和寄存器映射（基于gpios.c中的myopen函数逻辑） */
static void init_gpio_reg(struct mpu_mouse_data *data) {// 映射APER_CLK并启用GPIO时钟（复用gpios.c中的逻辑）// 映射GPIO_DATA2寄存器（复用gpios.c中的逻辑）
}// 6. accel_work_handler函数读取加速度并传给虚拟鼠标控制鼠标实现体感鼠标功能
// 7. accel_work_handler函数最后执行mod_timer函数，重新给定时器计时，然后回到4.一直循环执行，直到rmmod mpu6050_kernel.ko为止
/* 修改：在工作队列处理函数中添加按键检测（新增代码） */
/* 工作队列处理函数（定时读取数据） */
static void accel_work_handler(struct work_struct *work) {// 读取加速度及按键事件并上报// 重新调度定时器mod_timer(&data->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(SAMPLE_INTERVAL));
}// 5. timer_callback里面执行data->work，也就是accel_work_handler工作队列处理函数
/* 定时器回调函数（触发工作队列） */
static void timer_callback(struct timer_list *t) {struct mpu_mouse_data *data = from_timer(data, t, timer);schedule_work(&data->work);
}// 3. mpu_mouse_probe在进行一系列设备初始化之后执行mod_timer函数定时器倒计时
// 4. 定时器到期之后执行定时器回调函数timer_callback
/* 修改：在probe函数中初始化GPIO（新增代码） */
/* 驱动探测函数（初始化设备） */
static int mpu_mouse_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id) {// 设备初始化// 初始化定时器和工作队列timer_setup(&data->timer, timer_callback, 0);INIT_WORK(&data->work, accel_work_handler);mod_timer(&data->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(SAMPLE_INTERVAL));return 0;
}/* 修改：在remove函数中释放GPIO映射（新增代码） */
/* 驱动移除函数（释放资源） */
static int mpu_mouse_remove(struct i2c_client *client) {// +++ 新增：取消GPIO寄存器映射// 清理定时器和工作队列
}/* 设备树匹配表 */
static const struct of_device_id mpu_of_match[] = {{ .compatible = "inv,mpu6050" },    // 必须与设备树中的compatible字段一致{ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, mpu_of_match);// 2. mpu_mouse_driver结构体里的.probe对应的mpu_mouse_probe在I2C总线检测到匹配的设备时执行
/* I2C驱动结构体 */
static struct i2c_driver mpu_mouse_driver = {.probe = mpu_mouse_probe,.remove = mpu_mouse_remove,.driver = {.name = "mpu6050-mouse",.of_match_table = mpu_of_match,     // 启用设备树匹配},
};// 1. 模块加载insmod mpu6050_kernel.ko时module_i2c_driver宏会自动注册
module_i2c_driver(mpu_mouse_driver);
MODULE_DESCRIPTION("MPU6050 I2C Mouse Driver with GPIO Buttons");
MODULE_LICENSE("GPL");

三. 主要函数详解（根据代码流程进行详解）

3.1 module_i2c_driver宏（对应“1”）

        1. 模块加载insmod mpu6050_kernel.ko时module_i2c_driver宏会自动注册

        1. 自动生成模块的加载/卸载函数

        开发者只需定义一个 i2c_driver 结构体，并通过 module_i2c_driver 宏将其绑定，即可自动生成以下代码：

module_init(i2c_driver_probe);  // 模块加载时调用 i2c_add_driver
module_exit(i2c_driver_remove); // 模块卸载时调用 i2c_del_driver

        无需手动编写 module_init 和 module_exit。

        2. 封装驱动注册与注销

        宏内部通过调用 i2c_add_driver 和 i2c_del_driver 完成以下操作：

        注册驱动：将 i2c_driver 注册到内核的 I2C 子系统。

        注销驱动：在模块卸载时，安全地移除驱动并释放资源。

        3. 本代码解释

static struct i2c_driver mpu_mouse_driver = {.probe = mpu_mouse_probe,.remove = mpu_mouse_remove,.driver = {.name = "mpu6050-mouse",.of_match_table = mpu_of_match,},
};
module_i2c_driver(mpu_mouse_driver);

        注册流程：
        当通过 insmod 加载驱动模块时，module_i2c_driver 会自动调用 i2c_add_driver(&mpu_mouse_driver)，触发设备探测（.probe 函数）。

        注销流程：
        当通过 rmmod 卸载模块时，自动调用 i2c_del_driver(&mpu_mouse_driver)，执行 .remove 函数清理资源。

        driver.name：驱动名称（需唯一）。

        of_match_table（可选）：设备树匹配表。

3.2 mpu_of_match设备树匹配表（对应“2”）

        2. mpu_mouse_driver结构体里的.probe对应的mpu_mouse_probe在I2C总线检测到匹配的设备时执行（根据mpu_mouse_driver结构体中的.of_match_table设备树匹配表进行匹配检测）

        设备树文件中i2c连接mpu6050的compatible 字段如下，mpu_of_match中的compatible 字段与设备树中的compatible 字段相同，即为匹配成功，然后执行mpu_mouse_probe函数。

3.3 MODULE_DEVICE_TABLE宏声明驱动支持的设备列表

   MODULE_DEVICE_TABLE 是 Linux 内核中一个关键的宏，用于 声明驱动支持的设备列表，并帮助内核实现模块与设备的动态匹配。以下是其具体作用和实现细节： 

static const struct of_device_id mpu_of_match[] = {{ .compatible = "inv,mpu6050" }, // 与设备树节点中的 compatible 字段匹配{ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, mpu_of_match); // 关键宏声明

具体流程

        模块加载时

   1. 内核解析模块中的 MODULE_DEVICE_TABLE(of, ...)，将兼容性字符串（如 "inv,mpu6050"）注册到全局设备树匹配表。

        设备树解析时

        2. 内核启动时，设备树中的节点若包含 compatible = "inv,mpu6050"，则会触发匹配逻辑。

        驱动绑定

        3. 内核调用匹配驱动的 .probe 函数（即 mpu_mouse_probe），完成硬件初始化。

3.4 mpu_mouse_probe驱动检测函数（初始化设备）（对应“3”）

        3. mpu_mouse_probe在进行一系列设备初始化之后执行mod_timer函数定时器计时

/* 修改：在probe函数中初始化GPIO（新增代码） */
/* 驱动探测函数（初始化设备） */
static int mpu_mouse_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id) {struct device *dev = &client->dev;  // 获取与当前 I2C 设备关联的通用设备结构体指针struct mpu_mouse_data *data;int ret;// 分配设备数据结构data = devm_kzalloc(dev, sizeof(*data), GFP_KERNEL);if (!data) return -ENOMEM;// 初始化I2C客户端data->client = client;i2c_set_clientdata(client, data);// 初始化输入设备data->input = devm_input_allocate_device(dev);if (!data->input) return -ENOMEM;data->input->name = "MPU6050 Mouse";data->input->id.bustype = BUS_I2C;// !!! 修改：注册按键事件类型（新增EV_KEY支持）__set_bit(EV_REL, data->input->evbit);__set_bit(REL_X, data->input->relbit);__set_bit(REL_Y, data->input->relbit);__set_bit(EV_KEY, data->input->evbit);      // +++ 新增按键事件__set_bit(BTN_LEFT, data->input->keybit);   // +++ 左键__set_bit(BTN_RIGHT, data->input->keybit);  // +++ 右键// 注册输入设备ret = input_register_device(data->input);if (ret) {dev_err(dev, "Failed to register input device\n");return ret;}// +++ 新增：初始化GPIO寄存器init_gpio_reg(data);// 初始化MPU6050i2c_smbus_write_byte_data(client, 0x1C, 0x00);i2c_smbus_write_byte_data(client, 0x6B, 0x00);msleep(100);data->filtered_dx = 0;data->filtered_dy = 0;// +++ 新增：初始化按键状态和去抖动计数器data->prev_left_state = 1; // 默认未按下data->prev_right_state = 1;// 初始化定时器和工作队列timer_setup(&data->timer, timer_callback, 0);INIT_WORK(&data->work, accel_work_handler);mod_timer(&data->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(SAMPLE_INTERVAL));dev_info(dev, "MPU6050 Mouse Driver Initialized\n");return 0;
}

3.4.1 init_gpio_reg初始化GPIO时钟和寄存器映射

        仿照gpio内核驱动代码改写

/* 新增：初始化GPIO时钟和寄存器映射（基于gpios.c中的myopen函数逻辑） */
static void init_gpio_reg(struct mpu_mouse_data *data) {unsigned int *clk_reg;// 映射APER_CLK并启用GPIO时钟（复用gpios.c中的逻辑）clk_reg = ioremap(APER_CLK, 4);if (clk_reg) {iowrite32(ioread32(clk_reg) | 1 << 22, clk_reg); // 设置第22位iounmap(clk_reg);} else {pr_err("Failed to map APER_CLK register\n");}// 映射GPIO_DATA2寄存器（复用gpios.c中的逻辑）data->gpio_reg = ioremap(GPIO_DATA2, 4);if (!data->gpio_reg) {pr_err("Failed to map GPIO_DATA2 register\n");}
}

3.5 timer_callback回调函数（对应“4、5”）

        4. 定时器到期之后执行定时器回调函数timer_callback

        5. timer_callback里面执行data->work，也就是accel_work_handler工作队列处理函数

/* 定时器回调函数（触发工作队列） */
static void timer_callback(struct timer_list *t) {struct mpu_mouse_data *data = from_timer(data, t, timer);schedule_work(&data->work);
}

        schedule_work(&data->work) 的作用是 将工作项 data->work 提交到内核的全局工作队列中，以便在进程上下文中异步执行 accel_work_handler 函数，确保内核的实时性和稳定性，避免中断处理被阻塞。

3.6 accel_work_handler 工作队列处理函数（定时读取数据）（对应“6、7”）

        6. accel_work_handler函数读取加速度并传给虚拟鼠标控制鼠标实现体感鼠标功能

        7. accel_work_handler函数最后执行mod_timer函数，重新给定时器计时，然后回到4.一直循环执行，直到rmmod mpu6050_kernel.ko为止

        按键状态的获取和判断也在此函数中

/* 修改：在工作队列处理函数中添加按键检测（新增代码） */
/* 工作队列处理函数（定时读取数据） */
static void accel_work_handler(struct work_struct *work) {struct mpu_mouse_data *data = container_of(work, struct mpu_mouse_data, work);int dx, dy;uint32_t gpio_state;int current_left, current_right;// 读取加速度并滤波read_accel(data->client, &dx, &dy);lowpass_filter(&data->filtered_dx, dx);lowpass_filter(&data->filtered_dy, dy);// 上报相对位移事件input_report_rel(data->input, REL_X, data->filtered_dx);input_report_rel(data->input, REL_Y, data->filtered_dy);// +++ 新增：读取GPIO状态并上报按键事件if (data->gpio_reg) {gpio_state = ioread32(data->gpio_reg);current_left = !(gpio_state & 0x04); // bit2=0表示左键按下    current_left=1是按下，=0是未按下current_right = !(gpio_state & 0x02); // bit1=0表示右键按下/* 无按键按下：37f：0011 0111 0111左按键按下：37b：0011 0111 1011右按键按下：37d：0011 0111 1101 */// +++ 新增：去抖动逻辑if (current_left != data->prev_left_state || current_right != data->prev_right_state) {// 状态稳定后上报按键事件input_report_key(data->input, BTN_LEFT, current_left);input_report_key(data->input, BTN_RIGHT, current_right);// 更新上一次状态data->prev_left_state = current_left;data->prev_right_state = current_right;}}input_sync(data->input);// 重新调度定时器mod_timer(&data->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(SAMPLE_INTERVAL));
}

3.6.1 read_accel加速度读取函数

/* 读取加速度计数据 */
static void read_accel(struct i2c_client *client, int *dx, int *dy) {uint8_t buf[6];int16_t raw_x, raw_y;// 从MPU6050寄存器读取原始数据（加速度XYZ）i2c_smbus_read_i2c_block_data(client, 0x3B, 6, buf);// 合并高8位和低8位数据raw_x = (buf[0] << 8) | buf[1];raw_y = (buf[2] << 8) | buf[3];// 转换加速度为位移(注意，这里是将raw_y传给了x, raw_x传给了y, 因为mpu和屏幕的xy轴是相反的)convert_accel(raw_y, raw_x, dx, dy);
}
3.6.1.1 i2c_smbus_read_i2c_block_data函数功能

        指定寄存器地址：通过 reg 参数指定要读取的寄存器起始地址。

        封装位置：Linux 内核的 i2c-core-smbus.c 文件。

3.6.1.2 convert_accel函数 转换加速度为位移

        因为强制使用浮点运算会导致代码无法运行，纯整数运算确保驱动在不同硬件平台上的通用性。所以这里使用整数运算，通过设置合理的灵敏度、死区等宏定义参数，确保代码稳定运行。

/* 加速度转换函数（纯整数运算） */
static void convert_accel(int16_t raw_x, int16_t raw_y, int *dx, int *dy) {// 1. 原始数据转实际加速度（cm/s²）int ax = (raw_x * GRAVITY_CM_S2) / ACCEL_SCALE_2G;int ay = (raw_y * GRAVITY_CM_S2) / ACCEL_SCALE_2G;// 2. 应用死区滤波ax = (abs(ax) < DEADZONE) ? 0 : ax;ay = (abs(ay) < DEADZONE) ? 0 : ay;// 3. 加速度转位移（灵敏度调整）*dx = (ax * SENSITIVITY) / 100;  // 整数运算避免浮点*dy = -(ay * SENSITIVITY) / 100; // Y轴方向取反
}

3.6.2 lowpass_filter低通滤波函数

/*  低通滤波函数：filtered_val = (new_val + 3*last)/4 */
static void lowpass_filter(int *filtered_val, int new_val) {*filtered_val = (new_val + 3 * (*filtered_val)) / 4;
}

1. 低通滤波函数的作用

        （1）抑制高频噪声
        通过衰减信号中的快速变化部分（如传感器噪声、瞬时干扰），保留低频成分（如真实运动趋势），使数据更平滑稳定。

        （2）平滑信号输出
        减少测量值的突变，提升数据的可读性和后续处理的可靠性（如鼠标移动控制）。

2. 为什么使用这个公式（此公式的优势）

        （1）计算高效

        仅需 一次乘法、一次加法、一次除法（或位运算），适合实时处理。示例代码中，除法为整数运算（/4），可优化为右移操作（>> 2），进一步提升速度。

        （2）内存占用极低

        只需保存 上一次滤波值，无需存储多组历史数据（如移动平均滤波需保存N个样本）。

        （3）参数可调性强

        通过调整权重比例（如 (new_val + 7 * filtered_val) / 8），可灵活控制平滑效果与响应速度的平衡。

        （4）避免浮点运算

        纯整数运算兼容无FPU的嵌入式平台，减少内核上下文切换开销。

        （5）平滑效果显著

        在MPU6050驱动中，能有效抑制加速度计的抖动噪声，使鼠标移动更平滑。

四. 完整版代码

        内核空间MPU6050体感鼠标驱动程序资源-CSDN文库

http://www.xdnf.cn/news/586063.html

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