結課作業01. 用戶空間 MPU6050 體感鼠標驅動程序

目錄

一.?qt界面實現

二.?虛擬設備模擬模擬鼠標實現體感鼠標

2.1 函數聲明

2.2 虛擬鼠標實現

2.2.1 虛擬鼠標創建函數

2.2.2?鼠標移動函數

2.2.3 鼠標點擊函數

2.3 mpu6050相關函數實現

2.3.1 i2c設備初始化

2.3.2 mpu6050寄存器寫入

2.3.3 mpu6050寄存器讀取

2.3.4 mpu6050初始化

2.3.5 read_accel 加速度數據獲取及處理函數

2.4 按鍵模擬鼠標點擊功能實現

2.4.1?導出export按鍵對應的gpio

2.4.2?將gpio方向direction設置為輸入

2.4.3 讀取按鍵gpio狀態，來控制鼠標按鍵

2.5 資源清理函數

2.6?主函數實現（偽代碼）

2.7 源代碼及執行步驟

????????使用uinput虛擬設備實現體感鼠標，通過用戶空間 input 設備測試程序讀取/dev/event*文件獲取鼠標狀態，鼠標移動數據能隨開發板傾角運動改變。

????????鼠標按鍵可以使用 Key_DOWN、Key_RIGHT、Key_LEFT、Key_UP 四個按鍵中任選兩個 實現，四個按鍵的 GPIO 編號為 960 – 963.（本實驗使用Key_RIGHT、Key_LEFT分別實現鼠標的右鍵和左鍵）

一.?qt界面實現

????????為了測試虛擬鼠標的功能，使用qt軟件畫了一個窗口，通過以下指令將 .ui文件 轉換成python可執行文件。

pyuic5 -x windows_mouse.ui -o windows_mouse.py

? ? ? ? ?qt完整python代碼如下

# -*- coding: utf-8 -*-# Form implementation generated from reading ui file 'windows_mouse.ui'
#
# Created by: PyQt5 UI code generator 5.10.1
#
# WARNING! All changes made in this file will be lost!
# windows_mouse.pyfrom PyQt5 import QtCore, QtGui, QtWidgetsclass Ui_Form(object):def setupUi(self, Form):Form.setObjectName("Form")Form.resize(480, 272)  # 調整窗口高度以容納新控件self.verticalLayout = QtWidgets.QVBoxLayout(Form)self.verticalLayout.setObjectName("verticalLayout")# 原有的 right 按鈕和進度條self.right = QtWidgets.QPushButton(Form)self.right.setObjectName("right")self.verticalLayout.addWidget(self.right)self.progressBarRight = QtWidgets.QProgressBar(Form)self.progressBarRight.setProperty("value", 0)  # 初始值設為 0self.progressBarRight.setObjectName("progressBarRight")self.verticalLayout.addWidget(self.progressBarRight)# 新增的 left 按鈕和進度條self.left = QtWidgets.QPushButton(Form)self.left.setObjectName("left")self.verticalLayout.addWidget(self.left)self.progressBarLeft = QtWidgets.QProgressBar(Form)self.progressBarLeft.setProperty("value", 0)  # 初始值設為 0self.progressBarLeft.setObjectName("progressBarLeft")self.verticalLayout.addWidget(self.progressBarLeft)self.Exit = QtWidgets.QPushButton(Form)self.Exit.setObjectName("Exit")self.verticalLayout.addWidget(self.Exit)self.retranslateUi(Form)self.Exit.clicked.connect(Form.close)# 設置 right 按鈕右鍵菜單self.right.setContextMenuPolicy(QtCore.Qt.CustomContextMenu)self.right.customContextMenuRequested.connect(self.right_button_clicked)# 設置 left 按鈕左鍵點擊事件self.left.clicked.connect(self.left_button_clicked)QtCore.QMetaObject.connectSlotsByName(Form)def retranslateUi(self, Form):_translate = QtCore.QCoreApplication.translateForm.setWindowTitle(_translate("Form", "Form"))self.right.setText(_translate("Form", "right"))self.left.setText(_translate("Form", "left"))self.Exit.setText(_translate("Form", "left - Exit"))def right_button_clicked(self, pos):# right 按鈕右鍵點擊事件處理if self.progressBarRight.value() == 0:self.progressBarRight.setValue(100)  # 進度條加滿else:self.progressBarRight.setValue(0)  # 進度條變為 0def left_button_clicked(self):# left 按鈕左鍵點擊事件處理if self.progressBarLeft.value() == 0:self.progressBarLeft.setValue(100)  # 進度條加滿else:self.progressBarLeft.setValue(0)  # 進度條變為 0if __name__ == "__main__":import sysapp = QtWidgets.QApplication(sys.argv)Form = QtWidgets.QWidget()ui = Ui_Form()ui.setupUi(Form)Form.show()sys.exit(app.exec_())

? ? ? ? 運行python windows_mouse.py出現以下界面。其中right按鍵只能鼠標右鍵點擊，left按鍵只能鼠標左鍵點擊，left-Exit為鼠標左鍵點擊的退出按鍵。

二.?虛擬設備模擬模擬鼠標實現體感鼠標

2.1 函數聲明

????????總共分為四個部分，分別是mpu6050設備初始化及信息獲取、虛擬鼠標實現、gpio設備初始化及按鍵gpio信息獲取、資源清理clean。

/* 函數聲明 */
// mpu6050和i2c的初始化和功能函數
int i2c_init(const char* i2c_dev);
void mpu6050_write(int fd, uint8_t reg, uint8_t val);
void mpu6050_read(int fd, uint8_t reg, uint8_t* buf, int len);
void mpu6050_init(int fd);
void read_accel(int fd, float* accel);
// 清理
void cleanup_handler(int sig);
// 虛擬鼠標創建及移動、點擊
int create_virtual_mouse(const char* dev_name);
void send_mouse_move(int fd, int dx, int dy);
int send_mouse_click(int fd, int button_code);// 按鍵對應鼠標點擊
void set_gpio_direction(int gpio, const char *direction);
char read_gpio_value(int gpio);
void export_gpio(int gpio);
void unexport_gpio(int gpio);

2.2 虛擬鼠標實現

2.2.1 虛擬鼠標創建函數

????????1. 創建虛擬鼠標需要：配置鼠標移動和按鍵事件、初始化設備信息、提交設備配置 三個步驟。

int create_virtual_mouse(const char* dev_name) {struct uinput_user_dev uidev;int fd = open("/dev/uinput", O_WRONLY | O_NONBLOCK);/* 配置基礎事件類型 */    // 此處沒有錯誤處理，代碼里有// 鼠標移動事件ioctl(fd, UI_SET_EVBIT, EV_REL);ioctl(fd, UI_SET_RELBIT, REL_X);ioctl(fd, UI_SET_RELBIT, REL_Y);// 鼠標按鍵事件ioctl(fd, UI_SET_EVBIT, EV_KEY);ioctl(fd, UI_SET_KEYBIT, BTN_LEFT);ioctl(fd, UI_SET_KEYBIT, BTN_RIGHT);/* 初始化設備信息 */memset(&uidev, 0, sizeof(uidev));snprintf(uidev.name, UINPUT_MAX_NAME_SIZE, "%s", dev_name);uidev.id.bustype = BUS_USB;uidev.id.version = 4;/* 提交設備配置 */ioctl(fd, UI_DEV_SETUP, &uidev);    // 提交設備配置ioctl(fd, UI_DEV_CREATE);           // 創建設備
}

2.2.2?鼠標移動函數

void send_mouse_move(int fd, int dx, int dy) {struct input_event ev[3];struct timeval tv;gettimeofday(&tv, NULL);    // 此函數是獲取時間戳// X軸移動memset(&ev[0], 0, sizeof(ev[0]));	// 初始化ev[0]的所有成員為0ev[0].type = EV_REL;ev[0].code = REL_X;ev[0].value = dx;ev[0].time = tv;// Y軸移動memset(&ev[1], 0, sizeof(ev[1]));ev[1].type = EV_REL;ev[1].code = REL_Y;ev[1].value = dy;ev[1].time = tv;// 同步事件memset(&ev[2], 0, sizeof(ev[2]));ev[2].type = EV_SYN;ev[2].code = SYN_REPORT;ev[2].value = 0;ev[2].time = tv;
}

? ? ? ? 1.?使用到的結構體?input_event 結構體介紹

#include <linux/input.h>struct input_event {struct timeval time;  // 時間戳__u16 type;           // 事件類型__u16 code;           // 事件代碼__s32 value;          // 事件值
};
變量名類型功能
timestruct timeval記錄輸入事件發生的時間戳，包含秒（tv_sec）和微秒（tv_usec），通常用于事件排序或性能分析
type__u16

表示輸入事件的類型，如按鍵事件（EV_KEY）、相對位置事件（EV_REL）

、（EV_SYN）同步事件（標記批次結束）

code__u16

與 type 結合，具體化事件含義，如具體按鍵、軸或輸入元素

EV_KEY 類型：

BTN_LEFT? // 鼠標左鍵（0x110）、

BTN_RIGHT // 鼠標右鍵（0x111）、

KEY_ENTER ?// 回車鍵（0x1c）

EV_REL 類型：

REL_X? // X軸相對移動、

（0x00）REL_Y ?// Y軸相對移動（0x01）、

REL_WHEEL? // 滾輪滾動（0x08）

EV_ABS 類型：

ABS_X ?// X軸絕對坐標、（

0x00）ABS_Y? // Y軸絕對坐標（0x01）

value__s32

表示與事件相關的具體值，含義取決于 event 的 type 和 code

EV_KEY 事件：

value = 1：按鍵按下

value = 0：按鍵釋放

value = 2：按鍵長按（部分設備支持）

EV_REL 事件：

value = 10：X軸向右移動10像素

value = -5：Y軸向下移動5像素

EV_ABS 事件：

value = 500：觸摸屏X軸坐標為500

? ? ? ? ?2. 注意：每次事件完成都要調用同步事件，將鼠標位置和按鍵狀態更新。

2.2.3 鼠標點擊函數

? ? ? ? 和鼠標移動函數類似，只是將鼠標移動函數中的input_event結構體的參數值給鼠標按鍵相關的參數即可。

2.3 mpu6050相關函數實現

2.3.1 i2c設備初始化

/* I2C設備初始化 */
int i2c_init(const char* i2c_dev) {int fd = open(i2c_dev, O_RDWR);if (fd < 0) {perror("Failed to open I2C device");return -1;}// 因為ioctl的數據結構體有“從機地址”參數，所以不用單獨設置從機地址return fd;
}

2.3.2 mpu6050寄存器寫入

/* MPU6050寄存器寫操作 */
void mpu6050_write(int fd, uint8_t reg, uint8_t val) {struct i2c_msg msg;uint8_t buf[2] = {reg, val};msg.addr  = MPU6050_ADDR;	// 設備地址msg.flags = 0;		// 寫操作msg.len   = 2;		// 數據長度（寄存器地址 + 值）msg.buf   = buf;		// 數據緩沖區struct i2c_rdwr_ioctl_data ioctl_data;ioctl_data.msgs = &msg;	// 消息數組ioctl_data.nmsgs = 1;	// 消息數量if (ioctl(fd, I2C_RDWR, &ioctl_data) < 0)perror("MPU6050 write failed");
}

? ? ? ? 1. struct i2c_rdwr_ioctl_data結構體詳解

struct i2c_rdwr_ioctl_data {struct i2c_msg* msgs;  /* I2C 消息數組的指針 */int nmsgs;             /* 消息數組的元素個數 */
};
參數名類型功能
msgsstruct i2c_msg*指向一個?i2c_msg?結構體數組的指針，每個數組元素描述了一次 I2C 傳輸操作（消息）。
nmsgsint表示?msgs?數組中元素的個數，即要執行的 I2C 消息傳輸操作的次數。

? ? ? ? 2.??struct i2c_msg結構體詳解

struct i2c_msg {__u16 addr;        /* I2C從設備地址 */__u16 flags;       /* 消息標志 */__u16 len;         /* 數據緩沖區長度 */__u8 *buf;         /* 數據緩沖區指針 */
};
參數名類型功能說明
addr__u16I2C從設備地址，用于指定要通信的從設備的7位或10位地址
flags__u16消息標志，用于指定傳輸方向等信息，如I2C_M_RD（讀取操作），flags=0（寫入操作）等
len__u16要傳輸的數據長度，即buf數組中數據的字節數
buf__u8 *指向數據緩沖區的指針，用于存儲要發送的數據或接收到的數據

2.3.3 mpu6050寄存器讀取

? ? ? ? 將 i2c_msg 的flags標志換成讀取操作即可。

? ? ? ? 注意：在讀取數據之前，主設備（linux開發板）需要先指定要讀取的從設備（mpu6050）寄存器地址。所以在讀取數據之前需要先進行一次寫入。這個寫入操作的作用是將寄存器地址發送給 MPU6050，告訴它接下來要從哪個寄存器開始讀取數據。

2.3.4 mpu6050初始化

/* MPU6050初始化 （關閉睡眠模式）*/
void mpu6050_init(int fd) {mpu6050_write(fd, ACCEL_CONFIG, 0x00); // ±2g量程mpu6050_write(fd, PWR_MGMT_1, 0x00);   // 退出睡眠模式usleep(100000); // 等待穩定100ms
}

2.3.5 read_accel 加速度數據獲取及處理函數

? ? ? ? 調用mpu6050_read函數讀取加速度數據，并進行處理，轉換為m/s2的加速度。

/* 讀取加速度數據 （XYZ 三軸）*/
void read_accel(int fd, float* accel) {uint8_t buf[6];mpu6050_read(fd, ACCEL_XOUT_H, buf, 6);// 合并原始數據并轉換單位int16_t raw_x = (int16_t)((buf[0] << 8) | buf[1]);	// X 軸int16_t raw_y = (int16_t)((buf[2] << 8) | buf[3]);	// Y 軸int16_t raw_z = (int16_t)((buf[4] << 8) | buf[5]);	// Z 軸// 轉換為 m/s2accel[0] = (raw_x / ACCEL_SCALE_2G) * GRAVITY_CM_S2;accel[1] = (raw_y / ACCEL_SCALE_2G) * GRAVITY_CM_S2;accel[2] = (raw_z / ACCEL_SCALE_2G) * GRAVITY_CM_S2;
}

2.4 按鍵模擬鼠標點擊功能實現

2.4.1?導出export按鍵對應的gpio

????????還有對應的撤銷導出unexport函數同理。

// 導出gpio
void export_gpio(int gpio) {FILE *fp = fopen(GPIO_EXPORT, "w");if (fp == NULL) {perror("Failed to open export file");fprintf(stderr, "Error code: %d\n", errno);exit(EXIT_FAILURE);}fprintf(fp, "%d", gpio);fclose(fp);
}

2.4.2?將gpio方向direction設置為輸入

// 設置gpio方向為輸入
void set_gpio_direction(int gpio, const char *direction) {char path[64];snprintf(path, sizeof(path), GPIO_DIRECTION, gpio);FILE *fp = fopen(path, "w");if (fp == NULL) {perror("Failed to open direction file");fprintf(stderr, "Error code: %d\n", errno);exit(EXIT_FAILURE);}fprintf(fp, "%s", direction);fclose(fp);
}

2.4.3 讀取按鍵gpio狀態，來控制鼠標按鍵

char read_gpio_value(int gpio) {char path[64];snprintf(path, sizeof(path), GPIO_VALUE, gpio);FILE *fp = fopen(path, "r");if (fp == NULL) {perror("Failed to open value file");fprintf(stderr, "Error code: %d\n", errno);exit(EXIT_FAILURE);}char value[2];fgets(value, sizeof(value), fp);fclose(fp);return value[0] == '1' ? '1' : '0';
}

2.5 資源清理函數

? ? ? ? 銷毀虛擬設備、關閉i2c、撤銷導出按鍵gpio。

void cleanup_handler(int sig) {if (uinput_fd >= 0) {// 銷毀虛擬設備ioctl(uinput_fd, UI_DEV_DESTROY);close(uinput_fd);printf("\n[Cleanup] Virtual mouse device destroyed\n");}if (i2c_fd >= 0) {  // 新增：關閉I2C設備close(i2c_fd);printf("[Cleanup] I2C device closed\n");i2c_fd = -1;     // 重置描述符}int gpios[] = {960, 961, 962, 963, 964};int num_gpios = sizeof(gpios) / sizeof(gpios[0]);for (int i = 0; i < num_gpios; i++) {unexport_gpio(gpios[i]);}printf("all gpio unexported\n");fflush(stdout); // 強制刷新標準輸出exit(EXIT_SUCCESS);
}

2.6?主函數實現（偽代碼）

int main() {// 1. 注冊信號處理（Ctrl+C）/* 2. 創建虛擬鼠標 *//* 3. 初始化MPU6050 */// 4. 導出五個按鍵的gpio，并設置方向為輸入while (1) {// 調整方向// 發送給虛擬鼠標使其移動// 讀取當前按鈕狀態// 鍵盤左鍵對應鼠標左鍵// 鍵盤右鍵對應鼠標右鍵// 按鍵消抖}//資源清理
}

2.7 源代碼及執行步驟

? ? ? ? 源代碼：用戶空間MPU6050體感虛擬鼠標驅動程序資源-CSDN文庫

# 代碼編譯 -lm 是因為使用了數學公式
gcc mpu_mouse.c -o mpu_mouse.out -lm# 功能實現1：添加需要的環境變量，屏幕和鼠標# Qt-embedded需要的環境變量
# ? 指定顯示設備
export QT_QPA_PLATFORM=linuxfb
# ? 指定輸入設備（觸摸屏）
export QT_QPA_GENERIC_PLUGINS=evdevtouch:/dev/input/event0
export QWS_MOUSE_PROTO=evdevtouch:/dev/input/event0
# ? 指定輸入設備（鼠標）
export QT_QPA_GENERIC_PLUGINS=evdevmouse:/dev/input/event0
export QWS_MOUSE_PROTO=evdevmouse:/dev/input/event0# 功能實現2 # "&"符號是因為要放在后臺運行，然后運行鼠標控制程序
python windows_mouse.py &
./mpu_mouse.c

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