结课作业01. 用户空间 MPU6050 体感鼠标驱动程序

目录

一. qt界面实现

二. 虚拟设备模拟模拟鼠标实现体感鼠标

2.1 函数声明

2.2 虚拟鼠标实现

2.2.1 虚拟鼠标创建函数

2.2.2 鼠标移动函数

2.2.3 鼠标点击函数

2.3 mpu6050相关函数实现

2.3.1 i2c设备初始化

2.3.2 mpu6050寄存器写入

2.3.3 mpu6050寄存器读取

2.3.4 mpu6050初始化

2.3.5 read_accel 加速度数据获取及处理函数

2.4 按键模拟鼠标点击功能实现

2.4.1 导出export按键对应的gpio

2.4.2 将gpio方向direction设置为输入

2.4.3 读取按键gpio状态，来控制鼠标按键

2.5 资源清理函数

2.6 主函数实现（伪代码）

2.7 源代码及执行步骤

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        使用uinput虚拟设备实现体感鼠标，通过用户空间 input 设备测试程序读取/dev/event*文件获取鼠标状态，鼠标移动数据能随开发板倾角运动改变。

        鼠标按键可以使用 Key_DOWN、Key_RIGHT、Key_LEFT、Key_UP 四个按键中任选两个 实现，四个按键的 GPIO 编号为 960 – 963.（本实验使用Key_RIGHT、Key_LEFT分别实现鼠标的右键和左键）

一. qt界面实现

        为了测试虚拟鼠标的功能，使用qt软件画了一个窗口，通过以下指令将 .ui文件 转换成python可执行文件。

pyuic5 -x windows_mouse.ui -o windows_mouse.py

         qt完整python代码如下

# -*- 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)  # 调整窗口高度以容纳新控件self.verticalLayout = QtWidgets.QVBoxLayout(Form)self.verticalLayout.setObjectName("verticalLayout")# 原有的 right 按钮和进度条self.right = QtWidgets.QPushButton(Form)self.right.setObjectName("right")self.verticalLayout.addWidget(self.right)self.progressBarRight = QtWidgets.QProgressBar(Form)self.progressBarRight.setProperty("value", 0)  # 初始值设为 0self.progressBarRight.setObjectName("progressBarRight")self.verticalLayout.addWidget(self.progressBarRight)# 新增的 left 按钮和进度条self.left = QtWidgets.QPushButton(Form)self.left.setObjectName("left")self.verticalLayout.addWidget(self.left)self.progressBarLeft = QtWidgets.QProgressBar(Form)self.progressBarLeft.setProperty("value", 0)  # 初始值设为 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)# 设置 right 按钮右键菜单self.right.setContextMenuPolicy(QtCore.Qt.CustomContextMenu)self.right.customContextMenuRequested.connect(self.right_button_clicked)# 设置 left 按钮左键点击事件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 按钮右键点击事件处理if self.progressBarRight.value() == 0:self.progressBarRight.setValue(100)  # 进度条加满else:self.progressBarRight.setValue(0)  # 进度条变为 0def left_button_clicked(self):# left 按钮左键点击事件处理if self.progressBarLeft.value() == 0:self.progressBarLeft.setValue(100)  # 进度条加满else:self.progressBarLeft.setValue(0)  # 进度条变为 0if __name__ == "__main__":import sysapp = QtWidgets.QApplication(sys.argv)Form = QtWidgets.QWidget()ui = Ui_Form()ui.setupUi(Form)Form.show()sys.exit(app.exec_())

        运行python windows_mouse.py出现以下界面。其中right按键只能鼠标右键点击，left按键只能鼠标左键点击，left-Exit为鼠标左键点击的退出按键。

二. 虚拟设备模拟模拟鼠标实现体感鼠标

2.1 函数声明

        总共分为四个部分，分别是mpu6050设备初始化及信息获取、虚拟鼠标实现、gpio设备初始化及按键gpio信息获取、资源清理clean。

/* 函数声明 */
// mpu6050和i2c的初始化和功能函数
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);
// 虚拟鼠标创建及移动、点击
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);// 按键对应鼠标点击
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 虚拟鼠标实现

2.2.1 虚拟鼠标创建函数

        1. 创建虚拟鼠标需要：配置鼠标移动和按键事件、初始化设备信息、提交设备配置 三个步骤。

int create_virtual_mouse(const char* dev_name) {struct uinput_user_dev uidev;int fd = open("/dev/uinput", O_WRONLY | O_NONBLOCK);/* 配置基础事件类型 */    // 此处没有错误处理，代码里有// 鼠标移动事件ioctl(fd, UI_SET_EVBIT, EV_REL);ioctl(fd, UI_SET_RELBIT, REL_X);ioctl(fd, UI_SET_RELBIT, REL_Y);// 鼠标按键事件ioctl(fd, UI_SET_EVBIT, EV_KEY);ioctl(fd, UI_SET_KEYBIT, BTN_LEFT);ioctl(fd, UI_SET_KEYBIT, BTN_RIGHT);/* 初始化设备信息 */memset(&uidev, 0, sizeof(uidev));snprintf(uidev.name, UINPUT_MAX_NAME_SIZE, "%s", dev_name);uidev.id.bustype = BUS_USB;uidev.id.version = 4;/* 提交设备配置 */ioctl(fd, UI_DEV_SETUP, &uidev);    // 提交设备配置ioctl(fd, UI_DEV_CREATE);           // 创建设备
}

2.2.2 鼠标移动函数

void send_mouse_move(int fd, int dx, int dy) {struct input_event ev[3];struct timeval tv;gettimeofday(&tv, NULL);    // 此函数是获取时间戳// X轴移动memset(&ev[0], 0, sizeof(ev[0]));	// 初始化ev[0]的所有成员为0ev[0].type = EV_REL;ev[0].code = REL_X;ev[0].value = dx;ev[0].time = tv;// Y轴移动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. 使用到的结构体 input_event 结构体介绍

#include <linux/input.h>struct input_event {struct timeval time;  // 时间戳__u16 type;           // 事件类型__u16 code;           // 事件代码__s32 value;          // 事件值
};

变量名	类型	功能
time	struct timeval	记录输入事件发生的时间戳，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	表示输入事件的类型，如按键事件（EV_KEY）、相对位置事件（EV_REL） 、（EV_SYN）同步事件（标记批次结束）
code	__u16	与 type 结合，具体化事件含义，如具体按键、轴或输入元素 EV_KEY 类型： BTN_LEFT  // 鼠标左键（0x110）、 BTN_RIGHT // 鼠标右键（0x111）、 KEY_ENTER  // 回车键（0x1c） EV_REL 类型： REL_X  // X轴相对移动、 （0x00）REL_Y  // Y轴相对移动（0x01）、 REL_WHEEL  // 滚轮滚动（0x08） EV_ABS 类型： ABS_X  // X轴绝对坐标、（ 0x00）ABS_Y  // Y轴绝对坐标（0x01）
value	__s32	表示与事件相关的具体值，含义取决于 event 的 type 和 code EV_KEY 事件： value = 1：按键按下 value = 0：按键释放 value = 2：按键长按（部分设备支持） EV_REL 事件： value = 10：X轴向右移动10像素 value = -5：Y轴向下移动5像素 EV_ABS 事件： value = 500：触摸屏X轴坐标为500

         2. 注意：每次事件完成都要调用同步事件，将鼠标位置和按键状态更新。

2.2.3 鼠标点击函数

        和鼠标移动函数类似，只是将鼠标移动函数中的input_event结构体的参数值给鼠标按键相关的参数即可。

2.3 mpu6050相关函数实现

2.3.1 i2c设备初始化

/* I2C设备初始化 */
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;}// 因为ioctl的数据结构体有“从机地址”参数，所以不用单独设置从机地址return fd;
}

2.3.2 mpu6050寄存器写入

/* MPU6050寄存器写操作 */
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;	// 设备地址msg.flags = 0;		// 写操作msg.len   = 2;		// 数据长度（寄存器地址 + 值）msg.buf   = buf;		// 数据缓冲区struct i2c_rdwr_ioctl_data ioctl_data;ioctl_data.msgs = &msg;	// 消息数组ioctl_data.nmsgs = 1;	// 消息数量if (ioctl(fd, I2C_RDWR, &ioctl_data) < 0)perror("MPU6050 write failed");
}

        1. struct i2c_rdwr_ioctl_data结构体详解

struct i2c_rdwr_ioctl_data {struct i2c_msg* msgs;  /* I2C 消息数组的指针 */int nmsgs;             /* 消息数组的元素个数 */
};

参数名	类型	功能
msgs	struct i2c_msg*	指向一个 i2c_msg 结构体数组的指针，每个数组元素描述了一次 I2C 传输操作（消息）。
nmsgs	int	表示 msgs 数组中元素的个数，即要执行的 I2C 消息传输操作的次数。

        2.  struct i2c_msg结构体详解

struct i2c_msg {__u16 addr;        /* I2C从设备地址 */__u16 flags;       /* 消息标志 */__u16 len;         /* 数据缓冲区长度 */__u8 *buf;         /* 数据缓冲区指针 */
};

参数名	类型	功能说明
addr	__u16	I2C从设备地址，用于指定要通信的从设备的7位或10位地址
flags	__u16	消息标志，用于指定传输方向等信息，如I2C_M_RD（读取操作），flags=0（写入操作）等
len	__u16	要传输的数据长度，即buf数组中数据的字节数
buf	__u8 *	指向数据缓冲区的指针，用于存储要发送的数据或接收到的数据

2.3.3 mpu6050寄存器读取

        将 i2c_msg 的flags标志换成读取操作即可。

        注意：在读取数据之前，主设备（linux开发板）需要先指定要读取的从设备（mpu6050）寄存器地址。所以在读取数据之前需要先进行一次写入。这个写入操作的作用是将寄存器地址发送给 MPU6050，告诉它接下来要从哪个寄存器开始读取数据。

2.3.4 mpu6050初始化

/* MPU6050初始化 （关闭睡眠模式）*/
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); // 等待稳定100ms
}

2.3.5 read_accel 加速度数据获取及处理函数

        调用mpu6050_read函数读取加速度数据，并进行处理，转换为m/s²的加速度。

/* 读取加速度数据 （XYZ 三轴）*/
void read_accel(int fd, float* accel) {uint8_t buf[6];mpu6050_read(fd, ACCEL_XOUT_H, buf, 6);// 合并原始数据并转换单位int16_t raw_x = (int16_t)((buf[0] << 8) | buf[1]);	// X 轴int16_t raw_y = (int16_t)((buf[2] << 8) | buf[3]);	// Y 轴int16_t raw_z = (int16_t)((buf[4] << 8) | buf[5]);	// Z 轴// 转换为 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 按键模拟鼠标点击功能实现

2.4.1 导出export按键对应的gpio

        还有对应的撤销导出unexport函数同理。

// 导出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 将gpio方向direction设置为输入

// 设置gpio方向为输入
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 读取按键gpio状态，来控制鼠标按键

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 资源清理函数

        销毁虚拟设备、关闭i2c、撤销导出按键gpio。

void cleanup_handler(int sig) {if (uinput_fd >= 0) {// 销毁虚拟设备ioctl(uinput_fd, UI_DEV_DESTROY);close(uinput_fd);printf("\n[Cleanup] Virtual mouse device destroyed\n");}if (i2c_fd >= 0) {  // 新增：关闭I2C设备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); // 强制刷新标准输出exit(EXIT_SUCCESS);
}

2.6 主函数实现（伪代码）

int main() {// 1. 注册信号处理（Ctrl+C）/* 2. 创建虚拟鼠标 *//* 3. 初始化MPU6050 */// 4. 导出五个按键的gpio，并设置方向为输入while (1) {// 调整方向// 发送给虚拟鼠标使其移动// 读取当前按钮状态// 键盘左键对应鼠标左键// 键盘右键对应鼠标右键// 按键消抖}//资源清理
}

2.7 源代码及执行步骤

        源代码：用户空间MPU6050体感虚拟鼠标驱动程序资源-CSDN文库

# 代码编译 -lm 是因为使用了数学公式
gcc mpu_mouse.c -o mpu_mouse.out -lm# 功能实现1：添加需要的环境变量，屏幕和鼠标# Qt-embedded需要的环境变量
# • 指定显示设备
export QT_QPA_PLATFORM=linuxfb
# • 指定输入设备（触摸屏）
export QT_QPA_GENERIC_PLUGINS=evdevtouch:/dev/input/event0
export QWS_MOUSE_PROTO=evdevtouch:/dev/input/event0
# • 指定输入设备（鼠标）
export QT_QPA_GENERIC_PLUGINS=evdevmouse:/dev/input/event0
export QWS_MOUSE_PROTO=evdevmouse:/dev/input/event0# 功能实现2 # "&"符号是因为要放在后台运行，然后运行鼠标控制程序
python windows_mouse.py &
./mpu_mouse.c