結課作業自選01. 內核空間 MPU6050 體感鼠標驅動程序（二）（完整實現流程）

目錄

一. 題目要求-內核空間 MPU6050 體感鼠標驅動程序

二. 偽代碼及程序運行流程

三. 主要函數詳解（根據代碼流程進行詳解）

3.1?module_i2c_driver宏（對應“1”）

3.2?mpu_of_match設備樹匹配表（對應“2”）

3.3?MODULE_DEVICE_TABLE宏聲明驅動支持的設備列表

3.4?mpu_mouse_probe驅動檢測函數（初始化設備）（對應“3”）

3.4.1?init_gpio_reg初始化GPIO時鐘和寄存器映射

3.5 timer_callback回調函數（對應“4、5”）

3.6 accel_work_handler 工作隊列處理函數（定時讀取數據）（對應“6、7”）

3.6.1?read_accel加速度讀取函數

3.6.1.1 i2c_smbus_read_i2c_block_data函數功能

3.6.1.2 convert_accel函數 轉換加速度為位移

3.6.2?lowpass_filter低通濾波函數

四. 完整版代碼

一. 題目要求-內核空間 MPU6050 體感鼠標驅動程序

????????（1）采用課上練習“設備驅動練習”給出的 i2c 框架程序

????????（2）修改 dts 文件時，按照課件中的描述修改。

????????（3）實現驅動模型要求的 probe()函數。

注意：

????????鼠標功能除了 MPU6050 運動傳感器外還需要一個或兩個按鍵（左右鍵），

????????按鍵可以使用按鍵中斷或者使用 MPU6050 定時器同步讀取電平。????????

????????自己設計濾波程序使鼠標指針穩定。

????????（4）實現 mpu6050 的定時服務函數，并向 input 核心層報告事件。可以自己選擇實

現鼠標類設備還是觸摸屏類設備。

????????（5）編寫一個應用程序來測試驅動，讀出鼠標坐標值和按鍵事件。

二. 偽代碼及程序運行流程

? ? ? ? 代碼執行流程和前一個博客中，內核使用mpu6050的流程一致，此代碼就是在前代碼的基礎上修改完成的。

????????1. 模塊加載insmod mpu6050_kernel.ko時module_i2c_driver宏會自動注冊

????????2. mpu_mouse_driver結構體里的.probe對應的mpu_mouse_probe在I2C總線檢測到匹配的設備時執行（根據mpu_mouse_driver結構體中的.of_match_table設備樹匹配表進行匹配檢測）

????????3. mpu_mouse_probe在進行一系列設備初始化之后執行mod_timer函數定時器計時

????????4. 定時器到期之后執行定時器回調函數timer_callback

????????5. timer_callback里面執行data->work，也就是accel_work_handler工作隊列處理函數

????????6. accel_work_handler函數讀取加速度并傳給虛擬鼠標控制鼠標實現體感鼠標功能

? ? ? ? 7. accel_work_handler函數最后執行mod_timer函數，重新給定時器計時，然后回到4.一直循環執行，直到rmmod mpu6050_kernel.ko為止

// mpu_mouse_kernel.cstruct mpu_mouse_data {// 代碼中用到的主要變量
};/* 加速度轉換函數（純整數運算） */
static void convert_accel(int16_t raw_x, int16_t raw_y, int *dx, int *dy) {// 將加速度轉換成鼠標的位移
}/*  低通濾波函數：filtered_val = (new_val + 3*last)/4 */
static void lowpass_filter(int *filtered_val, int new_val) {// 低通濾波
}/* 讀取加速度計數據 */
static void read_accel(struct i2c_client *client, int *dx, int *dy) {// 從MPU6050寄存器讀取原始數據（加速度XYZ）i2c_smbus_read_i2c_block_data(client, 0x3B, 6, buf);// 轉換加速度為位移(注意，這里是將raw_y傳給了x, raw_x傳給了y, 因為mpu和屏幕的xy軸是相反的)convert_accel(raw_y, raw_x, dx, dy);
}/* 新增：初始化GPIO時鐘和寄存器映射（基于gpios.c中的myopen函數邏輯） */
static void init_gpio_reg(struct mpu_mouse_data *data) {// 映射APER_CLK并啟用GPIO時鐘（復用gpios.c中的邏輯）// 映射GPIO_DATA2寄存器（復用gpios.c中的邏輯）
}// 6. accel_work_handler函數讀取加速度并傳給虛擬鼠標控制鼠標實現體感鼠標功能
// 7. accel_work_handler函數最后執行mod_timer函數，重新給定時器計時，然后回到4.一直循環執行，直到rmmod mpu6050_kernel.ko為止
/* 修改：在工作隊列處理函數中添加按鍵檢測（新增代碼） */
/* 工作隊列處理函數（定時讀取數據） */
static void accel_work_handler(struct work_struct *work) {// 讀取加速度及按鍵事件并上報// 重新調度定時器mod_timer(&data->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(SAMPLE_INTERVAL));
}// 5. timer_callback里面執行data->work，也就是accel_work_handler工作隊列處理函數
/* 定時器回調函數（觸發工作隊列） */
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在進行一系列設備初始化之后執行mod_timer函數定時器倒計時
// 4. 定時器到期之后執行定時器回調函數timer_callback
/* 修改：在probe函數中初始化GPIO（新增代碼） */
/* 驅動探測函數（初始化設備） */
static int mpu_mouse_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id) {// 設備初始化// 初始化定時器和工作隊列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函數中釋放GPIO映射（新增代碼） */
/* 驅動移除函數（釋放資源） */
static int mpu_mouse_remove(struct i2c_client *client) {// +++ 新增：取消GPIO寄存器映射// 清理定時器和工作隊列
}/* 設備樹匹配表 */
static const struct of_device_id mpu_of_match[] = {{ .compatible = "inv,mpu6050" },    // 必須與設備樹中的compatible字段一致{ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, mpu_of_match);// 2. mpu_mouse_driver結構體里的.probe對應的mpu_mouse_probe在I2C總線檢測到匹配的設備時執行
/* I2C驅動結構體 */
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,     // 啟用設備樹匹配},
};// 1. 模塊加載insmod mpu6050_kernel.ko時module_i2c_driver宏會自動注冊
module_i2c_driver(mpu_mouse_driver);
MODULE_DESCRIPTION("MPU6050 I2C Mouse Driver with GPIO Buttons");
MODULE_LICENSE("GPL");

三. 主要函數詳解（根據代碼流程進行詳解）

3.1?module_i2c_driver宏（對應“1”）

????????1. 模塊加載insmod mpu6050_kernel.ko時module_i2c_driver宏會自動注冊

? ? ? ? 1. 自動生成模塊的加載/卸載函數

????????開發者只需定義一個?i2c_driver?結構體，并通過?module_i2c_driver?宏將其綁定，即可自動生成以下代碼：

module_init(i2c_driver_probe);  // 模塊加載時調用 i2c_add_driver
module_exit(i2c_driver_remove); // 模塊卸載時調用 i2c_del_driver

????????無需手動編寫?module_init?和?module_exit。

? ? ? ? 2. 封裝驅動注冊與注銷

????????宏內部通過調用?i2c_add_driver?和?i2c_del_driver?完成以下操作：

????????注冊驅動：將?i2c_driver?注冊到內核的 I2C 子系統。

????????注銷驅動：在模塊卸載時，安全地移除驅動并釋放資源。

? ? ? ? 3. 本代碼解釋

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);

????????注冊流程：
????????當通過?insmod?加載驅動模塊時，module_i2c_driver?會自動調用?i2c_add_driver(&mpu_mouse_driver)，觸發設備探測（.probe?函數）。

????????注銷流程：
????????當通過?rmmod?卸載模塊時，自動調用?i2c_del_driver(&mpu_mouse_driver)，執行?.remove?函數清理資源。

????????driver.name：驅動名稱（需唯一）。

????????of_match_table（可選）：設備樹匹配表。

3.2?mpu_of_match設備樹匹配表（對應“2”）

????????2. mpu_mouse_driver結構體里的.probe對應的mpu_mouse_probe在I2C總線檢測到匹配的設備時執行（根據mpu_mouse_driver結構體中的.of_match_table設備樹匹配表進行匹配檢測）

? ? ? ? 設備樹文件中i2c連接mpu6050的compatible?字段如下，mpu_of_match中的compatible?字段與設備樹中的compatible?字段相同，即為匹配成功，然后執行mpu_mouse_probe函數。

3.3?MODULE_DEVICE_TABLE宏聲明驅動支持的設備列表

? ?MODULE_DEVICE_TABLE?是 Linux 內核中一個關鍵的宏，用于?聲明驅動支持的設備列表，并幫助內核實現模塊與設備的動態匹配。以下是其具體作用和實現細節：?

static const struct of_device_id mpu_of_match[] = {{ .compatible = "inv,mpu6050" }, // 與設備樹節點中的 compatible 字段匹配{ }
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, mpu_of_match); // 關鍵宏聲明

具體流程

????????模塊加載時

? ?1. 內核解析模塊中的?MODULE_DEVICE_TABLE(of, ...)，將兼容性字符串（如?"inv,mpu6050"）注冊到全局設備樹匹配表。

????????設備樹解析時

? ? ? ? 2. 內核啟動時，設備樹中的節點若包含?compatible = "inv,mpu6050"，則會觸發匹配邏輯。

????????驅動綁定

? ? ? ? 3. 內核調用匹配驅動的?.probe?函數（即?mpu_mouse_probe），完成硬件初始化。

3.4?mpu_mouse_probe驅動檢測函數（初始化設備）（對應“3”）

????????3. mpu_mouse_probe在進行一系列設備初始化之后執行mod_timer函數定時器計時

/* 修改：在probe函數中初始化GPIO（新增代碼） */
/* 驅動探測函數（初始化設備） */
static int mpu_mouse_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id) {struct device *dev = &client->dev;  // 獲取與當前 I2C 設備關聯的通用設備結構體指針struct mpu_mouse_data *data;int ret;// 分配設備數據結構data = devm_kzalloc(dev, sizeof(*data), GFP_KERNEL);if (!data) return -ENOMEM;// 初始化I2C客戶端data->client = client;i2c_set_clientdata(client, data);// 初始化輸入設備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：注冊按鍵事件類型（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);      // +++ 新增按鍵事件__set_bit(BTN_LEFT, data->input->keybit);   // +++ 左鍵__set_bit(BTN_RIGHT, data->input->keybit);  // +++ 右鍵// 注冊輸入設備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：初始化按鍵狀態和去抖動計數器data->prev_left_state = 1; // 默認未按下data->prev_right_state = 1;// 初始化定時器和工作隊列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時鐘和寄存器映射

? ? ? ? 仿照gpio內核驅動代碼改寫

/* 新增：初始化GPIO時鐘和寄存器映射（基于gpios.c中的myopen函數邏輯） */
static void init_gpio_reg(struct mpu_mouse_data *data) {unsigned int *clk_reg;// 映射APER_CLK并啟用GPIO時鐘（復用gpios.c中的邏輯）clk_reg = ioremap(APER_CLK, 4);if (clk_reg) {iowrite32(ioread32(clk_reg) | 1 << 22, clk_reg); // 設置第22位iounmap(clk_reg);} else {pr_err("Failed to map APER_CLK register\n");}// 映射GPIO_DATA2寄存器（復用gpios.c中的邏輯）data->gpio_reg = ioremap(GPIO_DATA2, 4);if (!data->gpio_reg) {pr_err("Failed to map GPIO_DATA2 register\n");}
}

3.5 timer_callback回調函數（對應“4、5”）

????????4. 定時器到期之后執行定時器回調函數timer_callback

????????5. timer_callback里面執行data->work，也就是accel_work_handler工作隊列處理函數

/* 定時器回調函數（觸發工作隊列） */
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?將工作項?data->work?提交到內核的全局工作隊列中，以便在進程上下文中異步執行?accel_work_handler?函數，確保內核的實時性和穩定性，避免中斷處理被阻塞。

3.6 accel_work_handler 工作隊列處理函數（定時讀取數據）（對應“6、7”）

????????6. accel_work_handler函數讀取加速度并傳給虛擬鼠標控制鼠標實現體感鼠標功能

? ? ? ? 7. accel_work_handler函數最后執行mod_timer函數，重新給定時器計時，然后回到4.一直循環執行，直到rmmod mpu6050_kernel.ko為止

? ? ? ? 按鍵狀態的獲取和判斷也在此函數中

/* 修改：在工作隊列處理函數中添加按鍵檢測（新增代碼） */
/* 工作隊列處理函數（定時讀取數據） */
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;// 讀取加速度并濾波read_accel(data->client, &dx, &dy);lowpass_filter(&data->filtered_dx, dx);lowpass_filter(&data->filtered_dy, dy);// 上報相對位移事件input_report_rel(data->input, REL_X, data->filtered_dx);input_report_rel(data->input, REL_Y, data->filtered_dy);// +++ 新增：讀取GPIO狀態并上報按鍵事件if (data->gpio_reg) {gpio_state = ioread32(data->gpio_reg);current_left = !(gpio_state & 0x04); // bit2=0表示左鍵按下    current_left=1是按下，=0是未按下current_right = !(gpio_state & 0x02); // bit1=0表示右鍵按下/* 無按鍵按下：37f：0011 0111 0111左按鍵按下：37b：0011 0111 1011右按鍵按下：37d：0011 0111 1101 */// +++ 新增：去抖動邏輯if (current_left != data->prev_left_state || current_right != data->prev_right_state) {// 狀態穩定后上報按鍵事件input_report_key(data->input, BTN_LEFT, current_left);input_report_key(data->input, BTN_RIGHT, current_right);// 更新上一次狀態data->prev_left_state = current_left;data->prev_right_state = current_right;}}input_sync(data->input);// 重新調度定時器mod_timer(&data->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(SAMPLE_INTERVAL));
}

3.6.1?read_accel加速度讀取函數

/* 讀取加速度計數據 */
static void read_accel(struct i2c_client *client, int *dx, int *dy) {uint8_t buf[6];int16_t raw_x, raw_y;// 從MPU6050寄存器讀取原始數據（加速度XYZ）i2c_smbus_read_i2c_block_data(client, 0x3B, 6, buf);// 合并高8位和低8位數據raw_x = (buf[0] << 8) | buf[1];raw_y = (buf[2] << 8) | buf[3];// 轉換加速度為位移(注意，這里是將raw_y傳給了x, raw_x傳給了y, 因為mpu和屏幕的xy軸是相反的)convert_accel(raw_y, raw_x, dx, dy);
}
3.6.1.1 i2c_smbus_read_i2c_block_data函數功能

????????指定寄存器地址：通過?reg?參數指定要讀取的寄存器起始地址。

????????封裝位置：Linux 內核的?i2c-core-smbus.c?文件。

3.6.1.2 convert_accel函數 轉換加速度為位移

? ? ? ? 因為強制使用浮點運算會導致代碼無法運行，純整數運算確保驅動在不同硬件平臺上的通用性。所以這里使用整數運算，通過設置合理的靈敏度、死區等宏定義參數，確保代碼穩定運行。

/* 加速度轉換函數（純整數運算） */
static void convert_accel(int16_t raw_x, int16_t raw_y, int *dx, int *dy) {// 1. 原始數據轉實際加速度（cm/s2）int ax = (raw_x * GRAVITY_CM_S2) / ACCEL_SCALE_2G;int ay = (raw_y * GRAVITY_CM_S2) / ACCEL_SCALE_2G;// 2. 應用死區濾波ax = (abs(ax) < DEADZONE) ? 0 : ax;ay = (abs(ay) < DEADZONE) ? 0 : ay;// 3. 加速度轉位移（靈敏度調整）*dx = (ax * SENSITIVITY) / 100;  // 整數運算避免浮點*dy = -(ay * SENSITIVITY) / 100; // Y軸方向取反
}

3.6.2?lowpass_filter低通濾波函數

/*  低通濾波函數：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. 低通濾波函數的作用

? ? ? ? （1）抑制高頻噪聲
????????通過衰減信號中的快速變化部分（如傳感器噪聲、瞬時干擾），保留低頻成分（如真實運動趨勢），使數據更平滑穩定。

? ? ? ? （2）平滑信號輸出
????????減少測量值的突變，提升數據的可讀性和后續處理的可靠性（如鼠標移動控制）。

2. 為什么使用這個公式（此公式的優勢）

? ? ? ? （1）計算高效

????????僅需?一次乘法、一次加法、一次除法（或位運算），適合實時處理。示例代碼中，除法為整數運算（/4），可優化為右移操作（>> 2），進一步提升速度。

? ? ? ? （2）內存占用極低

????????只需保存?上一次濾波值，無需存儲多組歷史數據（如移動平均濾波需保存N個樣本）。

? ? ? ? （3）參數可調性強

????????通過調整權重比例（如?(new_val + 7 * filtered_val) / 8），可靈活控制平滑效果與響應速度的平衡。

? ? ? ? （4）避免浮點運算

????????純整數運算兼容無FPU的嵌入式平臺，減少內核上下文切換開銷。

? ? ? ? （5）平滑效果顯著

????????在MPU6050驅動中，能有效抑制加速度計的抖動噪聲，使鼠標移動更平滑。

四. 完整版代碼

????????內核空間MPU6050體感鼠標驅動程序資源-CSDN文庫

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4 可微分的3D高斯 splatting 核心目標與表示選擇 我們的目標是從無法線的稀疏SfM點出發&#xff0c;優化出一種能夠實現高質量新視角合成的場景表示。為此&#xff0c;我們選擇3D高斯作為基本圖元&#xff0c;它兼具可微分的體表示特性和非結構化的顯式表示優勢&#xff0c;既…
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構建版本沒mac上傳APP方法

構建版本沒mac上傳APP方法

在蘋果開發者的app store connect上架Ios應用的時候&#xff0c;發現需要使用xode等軟件來上傳iOS的APP。 但是不管是xcode也好&#xff0c;transporter也好&#xff0c;還是命令行工具也好&#xff0c;都必須安裝在mac電腦才能使用&#xff0c;。 假如沒有mac電腦&#xff0…
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Gitee PPM：智能化項目管理如何重塑軟件工廠的未來格局

Gitee PPM：智能化項目管理如何重塑軟件工廠的未來格局

在數字化轉型浪潮席卷全球的當下&#xff0c;軟件開發行業正經歷著前所未有的變革。隨著企業項目復雜度呈指數級增長&#xff0c;傳統項目管理方式已難以應對多項目并行、跨團隊協作等挑戰。Gitee項目組合管理&#xff08;PPM&#xff09;作為新一代智能化項目管理解決方案&…
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node入門：安裝和npm使用

node入門：安裝和npm使用

提示&#xff1a;文章寫完后&#xff0c;目錄可以自動生成&#xff0c;如何生成可參考右邊的幫助文檔 文章目錄 前言一、安裝npm命令nvm 前言 因為學習vue接觸的&#xff0c;一直以為node是和vue綁定的&#xff0c;還以為vue跑起來必須要node&#xff0c;后續發現并不是。 看…
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單例模式，餓漢式，懶漢式，在java和spring中的體現

單例模式，餓漢式，懶漢式，在java和spring中的體現

目錄 餓漢式單例模式 懶漢式單例模式 Spring中的單例模式 關鍵差異對比 在Java和Spring中的應用場景 手寫案例 單例模式是一種創建型設計模式&#xff0c;其核心在于確保一個類僅有一個實例&#xff0c;并提供一個全局訪問點來獲取該實例。下面將詳細介紹餓漢式和懶漢式…
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網絡編程——UDP網絡編程

網絡編程——UDP網絡編程

文章目錄 1、sendto()&#xff0c;recvfrom() 與TCP編程不同的是&#xff1a; 無需建立連接&#xff0c;在recvfrom()阻塞等待客戶端的數據&#xff0c;收到數據后進入do something進行數據的處理。 1、sendto()&#xff0c;recvfrom() ssize_t sendto(int socket, void *mes…
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OpenSSL詳解

OpenSSL詳解

這里寫目錄標題 選項&#xff1a;**通用選項&#xff1a;**1. genrsa&#xff1a;生成RSA密鑰對3. req&#xff1a;生成證書簽名請求4. x509&#xff1a;生成自簽名證書 **證書管理&#xff1a;**1. verify&#xff1a;驗證證書2. x509&#xff1a;查看證書詳情3. crl&#xff…
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