input子系统框架、外设驱动开发

一、input子系统基本框架

Linux内核为了两个目的：

1. 简化纯输入类外设（如：键盘、鼠标、游戏杆、轨迹球、触摸屏。。。等等）的驱动开发
2. 统一输入类外设产生的数据格式（struct input_event），更加方便应用层编程

设计了输入子系统

事件处理层：接收来自核心层上报的事件，并选择对应的handler（事件处理器 struct input_handler）去处理。内核维护着多个事件处理器对象，每个input_handler对象专门处理一类事件，所有产生同类事件的设备驱动共用同一个handler。

设备驱动层：主要实现获取硬件设备的数据信息（包括触摸屏被按下、按下位置、鼠标移动、键盘按下等等），并转换为核心层定义的规范事件后提交给核心层，该层每个设备对应一个struct input_dev对象，

核心层：负责连接设备驱动层和事件处理层，为设备驱动层提供输入设备驱动的接口（struct input_dev）以及输入设备驱动的注册函数（input_register_device）,为事件处理层提供输入事件驱动的接口；通知事件处理层对事件进行处理。

二、驱动开发步骤

/*init或probe函数中：
1. 创建struct input_dev对象input_allocate_device
2. 设置事件类型以及相关参数set_bit
3. 注册struct input_dev对象input_register_device
*//*exit或remove函数中：
1. 注销struct input_dev对象input_unregister_device
2. 销毁struct input_dev对象input_free_device
*//*上报事件两种事件上报方式：1. 对有中断支持的输入设备：在其中断处理函数（上半部或下半部）中上报事件2. 对无中断支持的输入设备：使用workqueue循环定时上报(struct delayed_work)主要函数：input_eventinput_report_absinput_sync
*/

相关接口：

/*_init*/
struct input_dev *input_allocate_device(void)：/*创建一个输入设备对象。返回一个指向 input_dev 结构的指针，该结构用于表示输入设备。*/void set_bit(struct input_dev *dev, unsigned long whichbits)：/*设置输入设备的事件类型。dev 是输入设备对象的指针，whichbits 是一个位掩码，用于指定事件类型。例如，使用 set_bit(dev, EV_KEY) 可以设置输入设备支持按键事件。whichbits:EV_KEY：按键事件。这个事件类型用于处理键盘、鼠标等输入设备的按键事件EV_ABS：绝对坐标事件。这个事件类型用于处理绝对坐标的事件，例如触摸屏的触摸位置。*/void input_set_abs_params(struct input_dev *dev, unsigned int axis, int min, int max, int fuzz, int flat)/*配置输入设备的绝对坐标参数。dev 是输入设备对象的指针，axis 是要配置的坐标轴（如ABS_X、ABS_Y等），min 和 max 分别是坐标轴的最小值和最大值，fuzz 和 flat 是用于指定坐标轴的模糊度和平坦度参数。*/int input_register_device(struct input_dev *dev)/*注册输入设备到内核。将输入设备对象注册到内核，以便它可以开始上报事件。*//*_exit*/
void input_unregister_device(struct input_dev *dev)//注销输入设备。从内核中注销输入设备，停止事件的上报。
void input_free_device(struct input_dev *dev)//释放输入设备。释放输入设备对象的内存。/*上报事件*/
void input_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value)/*上报一个通用输入事件。通常，这个函数用于上报不是绝对坐标或按键事件的事件。dev 是输入设备对象的指针，type 表示事件类型，code 表示事件代码（例如，按键代码），value 表示事件的值。*/void input_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)/*上报按键事件。dev 是输入设备对象的指针，code 表示按键事件的代码，value 表示按键事件的值（0表示松开，1表示按下）。*/void input_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)/*上报绝对坐标事件。dev 是输入设备对象的指针，code 表示绝对坐标事件的代码，value 表示绝对坐标的值。*/void input_sync(struct input_dev *dev)//上报完成后需要调用这些函数来通知系统处理完整事件, 这个函数告诉内核事件已经完整，可以处理了。/*应用层数据类型*/
struct input_event { 		//这是一个用于表示输入事件的结构体。它包含以下字段：struct timeval time; 	//事件的时间戳。__u16 type; 			//事件类型，如 EV_KEY（按键事件）、EV_ABS（绝对坐标事件）等。__u16 code; 			//事件代码，具体表示事件的含义，例如按下哪个键或是哪个绝对坐标轴。__s32 value; 			//事件的值，通常表示按键的状态（按下或松开）或绝对坐标的值。
}

三、key2-input版代码解析

key2.c

#include <linux/module.h>          // Linux内核模块头文件
#include <linux/kernel.h>          // 内核相关功能的头文件
#include <linux/fs.h>              // 文件系统相关功能的头文件
#include <linux/gpio.h>            // GPIO库的头文件
#include <linux/interrupt.h>       // 中断处理相关功能的头文件
#include <linux/of_gpio.h>         // Open Firmware GPIO相关功能的头文件
#include <linux/of_irq.h>          // Open Firmware中断相关功能的头文件
#include <linux/cdev.h>            // 字符设备相关功能的头文件
#include <linux/wait.h>            // 等待队列相关功能的头文件
#include <linux/sched.h>           // 调度相关功能的头文件
#include <linux/poll.h>            // poll相关功能的头文件
#include <linux/mm.h>              // 内存管理相关功能的头文件
#include <linux/input.h>           // 输入子系统相关功能的头文件
#include <linux/delay.h>           // 延时相关功能的头文件
#include <linux/slab.h>            // 内存分配相关功能的头文件
#include <asm/uaccess.h>           // 用户态内核态数据传输相关功能的头文件struct fs4412key2_dev
{struct input_dev *pdev;     // 输入设备结构体指针，用于注册输入事件int gpio;                   // GPIO引脚的编号int irqno;                  // 中断编号
};struct fs4412key2_dev *pgmydev = NULL; // 指向驱动程序数据结构的指针// 中断处理函数，处理按键中断
irqreturn_t key2_irq_handle(int no, void *arg)
{struct fs4412key2_dev *pmydev = (struct fs4412key2_dev *)arg;int status1 = 0;int status2 = 0;// 读取GPIO引脚状态两次，用于防抖status1 = gpio_get_value(pmydev->gpio);mdelay(1);status2 = gpio_get_value(pmydev->gpio);// 如果两次状态不一致，认为是抖动，不处理if (status1 != status2){return IRQ_NONE;}// 根据按键状态生成输入事件if (status1){input_event(pmydev->pdev, EV_KEY, KEY_2, 0); // 按键释放事件input_sync(pmydev->pdev);                   // 同步输入事件}else{input_event(pmydev->pdev, EV_KEY, KEY_2, 1); // 按键按下事件input_sync(pmydev->pdev);                   // 同步输入事件}return IRQ_HANDLED;
}// 模块初始化函数
int __init fs4412key2_init(void)
{int ret = 0;struct device_node *pnode = NULL;// 查找设备树节点pnode = of_find_node_by_path("/mykey2_node");if (NULL == pnode){printk("find node failed\n");return -1;}// 分配驱动程序数据结构内存pgmydev = (struct fs4412key2_dev *)kmalloc(sizeof(struct fs4412key2_dev), GFP_KERNEL);if (NULL == pgmydev){printk("kmalloc for struct fs4412key2_dev failed\n");return -1;}// 从设备树中获取GPIO引脚编号pgmydev->gpio = of_get_named_gpio(pnode, "key2-gpio", 0);// 从设备树中获取中断编号pgmydev->irqno = irq_of_parse_and_map(pnode, 0);// 分配并注册输入设备pgmydev->pdev = input_allocate_device();set_bit(EV_KEY, pgmydev->pdev->evbit);set_bit(KEY_2, pgmydev->pdev->keybit);ret = input_register_device(pgmydev->pdev);// 请求中断处理函数ret = request_irq(pgmydev->irqno, key2_irq_handle, IRQF_TRIGGER_FALLING | IRQF_TRIGGER_RISING, "fs4412key2", pgmydev);if (ret){printk("request_irq failed\n");input_unregister_device(pgmydev->pdev);input_free_device(pgmydev->pdev);kfree(pgmydev);pgmydev = NULL;return -1;}return 0;
}// 模块卸载函数
void __exit fs4412key2_exit(void)
{// 释放中断free_irq(pgmydev->irqno, pgmydev);// 注销输入设备input_unregister_device(pgmydev->pdev);input_free_device(pgmydev->pdev);// 释放驱动程序数据结构内存kfree(pgmydev);pgmydev = NULL;
}MODULE_LICENSE("GPL"); // 指定模块许可证
module_init(fs4412key2_init); // 指定模块初始化函数
module_exit(fs4412key2_exit); // 指定模块卸载函数

testkey2.c

#include <sys/types.h>
#include <sys/stat.h>
#include <linux/input.h>
#include <fcntl.h>
#include <unistd.h>#include <stdio.h>int main(int argc,char *argv[])
{int fd = -1;struct input_event evt;if(argc < 2){printf("Argument is too few\n");return 1;}/*open*/fd = open(argv[1],O_RDONLY);if(fd < 0){printf("open %s failed\n",argv[1]);return 2;}/*init mpu6050*/while(1){read(fd,&evt,sizeof(evt));if(evt.type == EV_KEY && evt.code == KEY_2){if(evt.value){printf("KEY2 DOWN\n");}else{printf("KEY2 UP\n");}}}/*close*/close(fd);fd = -1;return 0;
}

四、mpu6050-input版代码解析

mpu6050drv.c

#include <linux/module.h>          // Linux内核模块头文件
#include <linux/kernel.h>          // 内核相关功能的头文件
#include <linux/fs.h>              // 文件系统相关功能的头文件
#include <linux/i2c.h>             // I2C总线相关功能的头文件
#include <linux/cdev.h>            // 字符设备相关功能的头文件
#include <linux/wait.h>            // 等待队列相关功能的头文件
#include <linux/sched.h>           // 调度相关功能的头文件
#include <linux/poll.h>            // poll相关功能的头文件
#include <linux/slab.h>            // 内存分配相关功能的头文件
#include <linux/mm.h>              // 内存管理相关功能的头文件
#include <linux/input.h>           // 输入子系统相关功能的头文件
#include <linux/io.h>              // I/O内存操作相关功能的头文件
#include <asm/uaccess.h>           // 用户态内核态数据传输相关功能的头文件
#include <asm/atomic.h>            // 原子操作相关功能的头文件/****************MPU6050内部寄存器地址****************/#define	SMPLRT_DIV		0x19	//陀螺仪采样率，典型值：0x07(125Hz)
#define	CONFIG			0x1A	//低通滤波频率，典型值：0x06(5Hz)
#define	GYRO_CONFIG		0x1B	//陀螺仪自检及测量范围，典型值：0x18(不自检，2000deg/s)
#define	ACCEL_CONFIG	0x1C	//加速计自检、测量范围及高通滤波频率，典型值：0x18(不自检，2G，5Hz)
#define	ACCEL_XOUT_H	0x3B
#define	ACCEL_XOUT_L	0x3C
#define	ACCEL_YOUT_H	0x3D
#define	ACCEL_YOUT_L	0x3E
#define	ACCEL_ZOUT_H	0x3F
#define	ACCEL_ZOUT_L	0x40
#define	TEMP_OUT_H		0x41
#define	TEMP_OUT_L		0x42
#define	GYRO_XOUT_H		0x43
#define	GYRO_XOUT_L		0x44
#define	GYRO_YOUT_H		0x45
#define	GYRO_YOUT_L		0x46
#define	GYRO_ZOUT_H		0x47
#define	GYRO_ZOUT_L		0x48
#define	PWR_MGMT_1		0x6B	//电源管理，典型值：0x00(正常启用)
#define	WHO_AM_I		0x75	//IIC地址寄存器(默认数值0x68，只读)
#define	SlaveAddress	0x68	//MPU6050-I2C地址// 定义MPU6050设备结构体
struct mpu6050_dev
{struct input_dev * pinput;   // 输入设备结构体指针struct i2c_client *pclient; // I2C客户端结构体指针struct delayed_work work;   // 延迟工作结构体
};struct mpu6050_dev *pgmydev = NULL; // 指向MPU6050设备数据结构的指针// 读取MPU6050寄存器的函数
int mpu6050_read_byte(struct i2c_client *pclt, unsigned char reg)
{int ret = 0;char txbuf[1] = {reg};char rxbuf[1] = {0};struct i2c_msg msg[2] = {{pclt->addr, 0, 1, txbuf},{pclt->addr, I2C_M_RD, 1, rxbuf}};ret = i2c_transfer(pclt->adapter, msg, ARRAY_SIZE(msg));if (ret < 0){printk("ret = %d, in mpu6050_read_byte\n", ret);return ret;}return rxbuf[0];
}// 写入MPU6050寄存器的函数
int mpu6050_write_byte(struct i2c_client *pclt, unsigned char reg, unsigned char val)
{int ret = 0;char txbuf[2] = {reg, val};struct i2c_msg msg[1] = {{pclt->addr, 0, 2, txbuf},};ret = i2c_transfer(pclt->adapter, msg, ARRAY_SIZE(msg));if (ret < 0){printk("ret = %d, in mpu6050_write_byte\n", ret);return ret;}return 0;
}// 延迟工作函数，用于读取MPU6050传感器数据
void mpu6050_work_func(struct work_struct *pwk)
{struct mpu6050_dev *pmydev = container_of((struct delayed_work *)pwk, struct mpu6050_dev, work);unsigned short ax = 0;unsigned short ay = 0;unsigned short az = 0;unsigned short gx = 0;unsigned short gy = 0;unsigned short gz = 0;unsigned short temp = 0;// 读取加速度和陀螺仪数据ax = mpu6050_read_byte(pmydev->pclient, ACCEL_XOUT_L);ax |= (mpu6050_read_byte(pmydev->pclient, ACCEL_XOUT_H) << 8);input_report_abs(pmydev->pinput, ABS_X, ax);ay = mpu6050_read_byte(pmydev->pclient, ACCEL_YOUT_L);ay |= (mpu6050_read_byte(pmydev->pclient, ACCEL_YOUT_H) << 8);input_report_abs(pmydev->pinput, ABS_Y, ay);az = mpu6050_read_byte(pmydev->pclient, ACCEL_ZOUT_L);az |= (mpu6050_read_byte(pmydev->pclient, ACCEL_ZOUT_H) << 8);input_report_abs(pmydev->pinput, ABS_Z, az);gx = mpu6050_read_byte(pmydev->pclient, GYRO_XOUT_L);gx |= (mpu6050_read_byte(pmydev->pclient, GYRO_XOUT_H) << 8);input_report_abs(pmydev->pinput, ABS_RX, gx);gy = mpu6050_read_byte(pmydev->pclient, GYRO_YOUT_L);gy |= (mpu6050_read_byte(pmydev->pclient, GYRO_YOUT_H) << 8);input_report_abs(pmydev->pinput, ABS_RY, gy);gz = mpu6050_read_byte(pmydev->pclient, GYRO_ZOUT_L);gz |= (mpu6050_read_byte(pmydev->pclient, GYRO_ZOUT_H) << 8);input_report_abs(pmydev->pinput, ABS_RZ, gz);temp = mpu6050_read_byte(pmydev->pclient, TEMP_OUT_L);temp |= (mpu6050_read_byte(pmydev->pclient, TEMP_OUT_H) << 8);input_report_abs(pmydev->pinput, ABS_MISC, temp);input_sync(pmydev->pinput);schedule_delayed_work(&pgmydev->work, msecs_to_jiffies(1000)); // 延迟1秒后再次读取数据
}// 初始化MPU6050传感器
void init_mpu6050(struct i2c_client *pclt)
{mpu6050_write_byte(pclt, PWR_MGMT_1, 0x00);mpu6050_write_byte(pclt, SMPLRT_DIV, 0x07);mpu6050_write_byte(pclt, CONFIG, 0x06);mpu6050_write_byte(pclt, GYRO_CONFIG, 0xF8);mpu6050_write_byte(pclt, ACCEL_CONFIG, 0x19);
}// I2C设备驱动的探测函数
static int mpu6050_probe(struct i2c_client *pclt, const struct i2c_device_id *pid)
{int ret = 0;pgmydev = (struct mpu6050_dev *)kmalloc(sizeof(struct mpu6050_dev), GFP_KERNEL);if (NULL == pgmydev){printk("kmalloc failed\n");return -1;}memset(pgmydev, 0, sizeof(struct mpu6050_dev));pgmydev->pclient = pclt;init_mpu6050(pgmydev->pclient);pgmydev->pinput = input_allocate_device();set_bit(EV_ABS, pgmydev->pinput->evbit);input_set_abs_params(pgmydev->pinput, ABS_X, -32768, 32767, 0, 0);input_set_abs_params(pgmydev->pinput, ABS_Y, -32768, 32767, 0, 0);input_set_abs_params(pgmydev->pinput, ABS_Z, -32768, 32767, 0, 0);input_set_abs_params(pgmydev->pinput, ABS_RX, -32768, 32767, 0, 0);input_set_abs_params(pgmydev->pinput, ABS_RY, -32768, 32767, 0, 0);input_set_abs_params(pgmydev->pinput, ABS_RZ, -32768, 32767, 0, 0);input_set_abs_params(pgmydev->pinput, ABS_MISC, -32768, 32767, 0, 0);ret = input_register_device(pgmydev->pinput);if (ret){printk("input_register_device failed\n");input_free_device(pgmydev->pinput);pgmydev->pinput = NULL;kfree(pgmydev);pgmydev = NULL;return -1;}INIT_DELAYED_WORK(&pgmydev->work, mpu6050_work_func);schedule_delayed_work(&pgmydev->work, msecs_to_jiffies(1000)); // 初始化后立即开始读取数据return 0;
}// I2C设备驱动的卸载函数
static int mpu6050_remove(struct i2c_client *pclt)
{cancel_delayed_work(&pgmydev->work);input_unregister_device(pgmydev->pinput);input_free_device(pgmydev->pinput);pgmydev->pinput = NULL;kfree(pgmydev);pgmydev = NULL;return 0;
}// 匹配设备树中的MPU6050节点
struct of_device_id mpu6050_dt[] =
{{.compatible = "invensense,mpu6050"},{}
};// 定义MPU6050设备驱动的ID
struct i2c_device_id mpu6050_ids[] =
{{"mpu6050", 0},{}
};// 定义MPU6050设备驱动结构体
struct i2c_driver mpu6050_driver =
{.driver = {.name = "mpu6050",.owner = THIS_MODULE,.of_match_table = mpu6050_dt,},.probe = mpu6050_probe,.remove = mpu6050_remove,.id_table = mpu6050_ids,
};// 注册MPU6050设备驱动
module_i2c_driver(mpu6050_driver);MODULE_LICENSE("GPL"); // 指定模块许可证