2024年01月24日玄貓（BlackCat）

Linux 核心 Wii Nunchuk 驅動程式開發

本文探討在 Linux 核心中開發 Wii Nunchuk 驅動程式的實務方法，包含 Input Subsystem 整合、I2C 通訊、資料讀取與事件回報等關鍵技術。文章詳細說明瞭驅動程式的初始化流程、輪詢處理函式以及如何將搖桿、按鍵和加速度計資料轉換為輸入事件，並提供程式碼範例與流程圖，最後探討瞭如何使用

嵌入式系統驅動程式開發

Linux 核心 Wii Nunchuk I2C Input Subsystem 驅動程式 Raspberry Pi

Linux 核心提供 Input Subsystem 作為管理輸入裝置的框架，本文將逐步講解如何開發 Wii Nunchuk 的 Linux 驅動程式，並整合至 Input Subsystem。首先，需要定義私有資料結構體以儲存裝置資訊，接著初始化 Input 裝置並設定支援的事件型別，例如絕對座標事件和按鍵事件。 Nunchuk 的資料讀取仰賴 I2C 通訊協定，透過 nunchuk_read_registers() 函式讀取暫存器資料，再於 nunchuk_poll() 輪詢函式中解析搖桿、按鍵及加速度計資料。解析後的資料會透過 input_report_abs() 和 input_event() 回報至 Input Subsystem，讓系統得以處理 Nunchuk 的輸入事件。最後，文章也說明瞭編譯、佈署驅動程式至 Raspberry Pi 的步驟，並提供 python-evdev 應用程式開發範例與對應的驅動程式修改方式。

Wii Nunchuk 驅動程式開發與 Input Subsystem 整合實務

在 Linux 核心中開發 Wii Nunchuk 驅動程式需要深入瞭解 Input Subsystem 的運作機制以及 I2C 通訊協定的應用。本文將根據實際案例，探討如何實作 Nunchuk 驅動程式並與 Input Subsystem 進行整合。

驅動程式開發流程

建立私有資料結構
- 定義 struct nunchuk_dev 結構以儲存裝置相關資訊，包括 input_polled_dev 和 i2c_client 指標。
初始化 Input 裝置
- 設定 input_dev 結構的 name、phys 和 id 屬性。
- 設定裝置支援的事件型別，包括絕對座標事件 (EV_ABS) 和按鍵事件 (EV_KEY)。
組態絕對座標軸引數
- 使用 input_set_abs_params() 設定各個絕對座標軸的引數範圍。
註冊 Polled Input 裝置
- 呼叫 input_register_polled_device() 將 polled_input 裝置註冊至 Input Subsystem。

Nunchuk 資料讀取與事件回報

實作 `nunchuk_read_registers()` 函式

static int nunchuk_read_registers(struct i2c_client *client, u8 *buf, int buf_size)
{
    mdelay(10);
    buf[0] = 0x00;
    i2c_master_send(client, buf, 1);
    mdelay(10);
    i2c_master_recv(client, buf, buf_size);
    return 0;
}

該函式負責讀取 Nunchuk 裝置的暫存器資料，需遵循特定的 I2C 通訊時序。

輪詢處理函式 `nunchuk_poll()`

static void nunchuk_poll(struct input_polled_dev *polled_input)
{
    u8 buf[6];
    int joy_x, joy_y, z_button, c_button, accel_x, accel_y, accel_z;
    struct i2c_client *client;
    struct nunchuk_dev *nunchuk;

    nunchuk = polled_input->private;
    client = nunchuk->client;

    nunchuk_read_registers(client, buf, ARRAY_SIZE(buf));

    // 解析搖桿資料
    joy_x = buf[0];
    joy_y = buf[1];

    // 解析按鍵狀態
    z_button = (buf[5] & BIT(0)) ? 0 : 1;
    c_button = (buf[5] & BIT(1)) ? 0 : 1;

    // 解析加速度計資料
    accel_x = (buf[2] << 2) | ((buf[5] >> 2) & 0x3);
    accel_y = (buf[3] << 2) | ((buf[5] >> 4) & 0x3);
    accel_z = (buf[4] << 2) | ((buf[5] >> 6) & 0x3);

    // 回報事件至 Input Subsystem
    input_report_abs(polled_input->input, ABS_X, joy_x);
    input_report_abs(polled_input->input, ABS_Y, joy_y);
    input_event(polled_input->input, EV_KEY, BTN_Z, z_button);
    input_event(polled_input->input, EV_KEY, BTN_C, c_button);
    input_report_abs(polled_input->input, ABS_RX, accel_x);
    input_report_abs(polled_input->input, ABS_RY, accel_y);
    input_report_abs(polled_input->input, ABS_RZ, accel_z);

    input_sync(polled_input->input);
}

輪詢函式流程圖

@startuml
skinparam backgroundColor #FEFEFE
skinparam componentStyle rectangle

title Linux 核心 Wii Nunchuk 驅動程式開發

package "Linux Shell 操作" {
    package "檔案操作" {
        component [ls/cd/pwd] as nav
        component [cp/mv/rm] as file
        component [chmod/chown] as perm
    }

    package "文字處理" {
        component [grep] as grep
        component [sed] as sed
        component [awk] as awk
        component [cut/sort/uniq] as text
    }

    package "系統管理" {
        component [ps/top/htop] as process
        component [systemctl] as service
        component [cron] as cron
    }

    package "管線與重導向" {
        component [| 管線] as pipe
        component [> >> 輸出] as redirect
        component [$() 命令替換] as subst
    }
}

nav --> file : 檔案管理
file --> perm : 權限設定
grep --> sed : 過濾處理
sed --> awk : 欄位處理
pipe --> redirect : 串接命令
process --> service : 服務管理

note right of pipe
  命令1 | 命令2
  前者輸出作為後者輸入
end note

@enduml

編譯與佈署

建立新的驅動程式資料夾並編寫 Makefile。
編譯並佈署模組至 Raspberry Pi。
更新 Device Tree 並重新開機。

重點回顧

正確組態 Input Subsystem 相關結構和函式呼叫是驅動程式開發的關鍵。
I2C 通訊協定在讀取 Nunchuk 資料時扮演重要角色。
正確解析 Nunchuk 資料並回報給 Input Subsystem 是實作功能的核心步驟。

未來可進一步最佳化輪詢頻率、改善資料解析準確度，或是擴充套件支援更多型別的輸入裝置。持續關注 Linux 核心更新和相關技術的發展，將有助於提升驅動程式的相容性和效能。

Wii Nunchuk 驅動程式解析與實作

Wii Nunchuk 是任天堂 Wii 遊戲機的附屬裝置，透過 I2C 介面與主機通訊，提供遊戲中的控制功能。本文將探討 Linux 核心中 Wii Nunchuk 驅動程式的實作細節，包括其初始化、資料讀取、事件回報等關鍵功能。

驅動程式初始化流程

在驅動程式初始化過程中，主要涉及 nunchuk_probe 函式的執行。該函式負責：

分配私有結構體：為新裝置分配 nunchuk_dev 結構體，用於儲存裝置相關資訊。
初始化 I2C 使用者端：將 I2C 使用者端與私有結構體進行關聯。
分配輪詢輸入裝置：使用 devm_input_allocate_polled_device 分配輪詢輸入裝置結構體。
設定輪詢間隔與處理函式：設定輪詢間隔為 50 毫秒，並指定 nunchuk_poll 為輪詢處理函式。
註冊輸入裝置：設定輸入裝置的事件型別和事件程式碼，並註冊輪詢輸入裝置。

程式碼範例：初始化流程

static int nunchuk_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
{
    // 分配私有結構體
    struct nunchuk_dev *nunchuk = devm_kzalloc(&client->dev, sizeof(*nunchuk), GFP_KERNEL);
    // 設定 I2C 使用者端
    i2c_set_clientdata(client, nunchuk);
    // 分配輪詢輸入裝置
    struct input_polled_dev *polled_device = devm_input_allocate_polled_device(&client->dev);
    // 設定輪詢間隔與處理函式
    polled_device->poll_interval = 50;
    polled_device->poll = nunchuk_poll;
    // 註冊輸入裝置
    input_register_polled_device(nunchuk->polled_input);
    return 0;
}

內容解密：

devm_kzalloc 分配私有結構體：確保在裝置移除時自動釋放記憶體，避免記憶體洩漏。
i2c_set_clientdata 設定 I2C 使用者端：將 I2C 使用者端與私有結構體進行關聯，方便後續存取。
devm_input_allocate_polled_device 分配輪詢輸入裝置：為裝置分配輪詢輸入裝置結構體，簡化資源管理。
poll_interval 與 poll 設定：定義輪詢週期和處理函式，實作週期性資料讀取。
input_register_polled_device 註冊輸入裝置：將輪詢輸入裝置註冊到輸入子系統，使其可被上層應用程式存取。

資料讀取與事件回報

Wii Nunchuk 驅動程式透過 nunchuk_poll 函式週期性讀取裝置資料，並將資料轉換為輸入事件回報給輸入子系統。

資料讀取流程

讀取暫存器資料：透過 nunchuk_read_registers 函式讀取 Nunchuk 裝置的暫存器資料。
解析資料：將讀取到的資料解析為搖桿位置、按鈕狀態和加速度計資料。
回報輸入事件：使用 input_report_abs 和 input_event 將解析後的資料回報給輸入子系統。

程式碼範例：資料讀取與事件回報

static void nunchuk_poll(struct input_polled_dev *polled_input)
{
    // 讀取暫存器資料
    u8 buf[6];
    nunchuk_read_registers(client, buf, ARRAY_SIZE(buf));
    // 解析資料
    int joy_x = buf[0];
    int z_button = (buf[5] & BIT(0)) ? 0 : 1;
    // 回報輸入事件
    input_report_abs(polled_input->input, ABS_X, joy_x);
    input_event(polled_input->input, EV_KEY, BTN_Z, z_button);
    input_sync(polled_input->input);
}

內容解密：

nunchuk_read_registers 讀取資料：透過 I2C 通訊讀取 Nunchuk 裝置的暫存器資料，取得搖桿和按鈕狀態。
資料解析：將讀取到的原始資料解析為可用資訊，如搖桿位置和按鈕狀態。
input_report_abs 與 input_event：將解析後的資料轉換為輸入事件，回報給輸入子系統。
input_sync 同步事件：通知輸入子系統一個完整的報告已傳送完畢，確保事件的完整性。

深入理解 Linux 輸入子系統與 Nunchuk 驅動開發

實驗室 10.3：Nunchuk 應用程式開發

在之前的實驗中，我們使用 evtest 應用程式來顯示由 Nunchuk 裝置產生的所有事件型別和事件程式碼（以及它們的值）。在本實驗 10.3 中，我們將使用 python-evdev 軟體包，這將允許我們建立 Python 應用程式，以在 Linux 上讀取和寫入輸入事件。evdev 介面用於將核心產生的事件直接傳遞到使用者空間，透過通常位於 /dev/input/ 的字元裝置。

安裝 `python-evdev`

首先，我們需要在 Raspberry Pi 上使用 pip 安裝 python-evdev：

root@raspberrypi:/home/pi# pip3 install evdev

接下來，在 nunchuk_drivers 資料夾內建立一個新的 python_apps 資料夾，用於存放本實驗 10.3 中開發的 Python 應用程式：

~/linux_5.4_rpi3_drivers/nunchuk_drivers$ mkdir python_apps

修改 Nunchuk 驅動程式

在本實驗 10.3 中開發的應用程式不會接收到由 Nunchuk 加速度計裝置產生的事件程式碼 ABS_RX、ABS_RY 和 ABS_RZ，因此我們需要註解掉 Nunchuk 驅動程式中相關的程式碼行。

static int nunchuk_probe(struct i2c_client *client, const struct i2c_device_id *id)
{
    int ret;
    u8 buf[2];
    struct device *dev = &client->dev;
    [...]

    /* 設定 EV_KEY 事件型別和按鈕事件程式碼 */
    set_bit(EV_KEY, input->evbit);
    set_bit(BTN_C, input->keybit); /* 按鈕 */
    set_bit(BTN_Z, input->keybit);

    /*
     * 設定 EV_ABS 事件型別和絕對軸事件程式碼
     * ABS_X 和 ABS_Y 用於搖桿
     */
    set_bit(EV_ABS, input->evbit);
    set_bit(ABS_X, input->absbit); /* 搖桿 */
    set_bit(ABS_Y, input->absbit);

    // 停用加速度計相關事件程式碼
    // set_bit(ABS_RX, input->absbit); /* 加速度計 */
    // set_bit(ABS_RY, input->absbit);
    // set_bit(ABS_RZ, input->absbit);

    /*
     * 為每個絕對軸填充額外的欄位
     */
    input_set_abs_params(input, ABS_X, 0x00, 0xff, 0, 0);
    input_set_abs_params(input, ABS_Y, 0x00, 0xff, 0, 0);

    // 停用加速度計引數設定
    // input_set_abs_params(input, ABS_RX, 0x00, 0x3ff, 0, 0);
    // input_set_abs_params(input, ABS_RY, 0x00, 0x3ff, 0, 0);
    // input_set_abs_params(input, ABS_RZ, 0x00, 0x3ff, 0, 0);

    [...]
}

輪詢函式修改

在 nunchuk_poll 函式中，也需要註解掉與加速度計相關的事件上報程式碼：

static void nunchuk_poll(struct input_polled_dev *polled_input)
{
    u8 buf[6];
    int joy_x, joy_y, z_button, c_button, accel_x, accel_y, accel_z;
    struct i2c_client *client;
    struct nunchuk_dev *nunchuk;

    [...]

    /* 上報搖桿和按鈕事件 */
    input_report_abs(polled_input->input, ABS_X, joy_x);
    input_report_abs(polled_input->input, ABS_Y, joy_y);
    input_event(polled_input->input, EV_KEY, BTN_Z, z_button);
    input_event(polled_input->input, EV_KEY, BTN_C, c_button);

    // 停用加速度計事件上報
    // input_report_abs(polled_input->input, ABS_RX, accel_x);
    // input_report_abs(polled_input->input, ABS_RY, accel_y);
    // input_report_abs(polled_input->input, ABS_RZ, accel_z);

    /* 同步輸入事件 */
    input_sync(polled_input->input);
}

重點解析

事件型別與程式碼：本實驗主要涉及 EV_KEY 和 EV_ABS 事件型別，分別對應按鍵事件和絕對軸事件。
python-evdev 使用：透過安裝 python-evdev，我們可以在使用者空間讀取和寫入輸入事件，實作與輸入裝置的互動。
驅動程式修改：根據實驗需求，註解掉了與加速度計相關的事件程式碼，以適應新的應用程式開發需求。

Wii Nunchuk 驅動程式開發與 Input Subsystem 整合實務

驅動程式開發流程

Nunchuk 資料讀取與事件回報

實作 nunchuk_read_registers() 函式

輪詢處理函式 nunchuk_poll()

輪詢函式流程圖

編譯與佈署

重點回顧

Wii Nunchuk 驅動程式解析與實作

驅動程式初始化流程

程式碼範例：初始化流程

內容解密：

資料讀取與事件回報

資料讀取流程

程式碼範例：資料讀取與事件回報

內容解密：

深入理解 Linux 輸入子系統與 Nunchuk 驅動開發

實驗室 10.3：Nunchuk 應用程式開發

安裝 python-evdev

修改 Nunchuk 驅動程式

輪詢函式修改

重點解析

實作 `nunchuk_read_registers()` 函式

輪詢處理函式 `nunchuk_poll()`

安裝 `python-evdev`