Linux驱动之INPUT子系统框架

目录

一、input 子系统简介

二、input 驱动编写流程

        1、注册 input_dev

        2、上报输入事件

三、input_event 结构体

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        按键、鼠标、键盘、触摸屏等都属于输入(input)设备， Linux 内核为此专门做了一个叫做 input子系统的框架来处理输入事件。输入设备本质上还是字符设备，只是在此基础上套上了 input 框架，用户只需要负责上报输入事件，比如按键值、坐标等信息， input 核心层负责处理这些事件。本章就来学习一下 Linux 内核中的 input 子系统框架。

一、input 子系统简介

        input 就是输入的意思，因此 input 子系统就是管理输入的子系统，和 pinctrl、 gpio 子系统一样，都是 Linux 内核针对某一类设备而创建的框架。比如按键输入、键盘、鼠标、触摸屏等等这些都属于输入设备，不同的输入设备所代表的含义不同，按键和键盘就是代表按键信息，鼠标和触摸屏代表坐标信息，因此在应用层的处理就不同，对于驱动编写者而言不需要去关心应用层的事情，只需要按照要求上报这些输入事件即可。

        为此 input 子系统分为 input 驱动层、 input 核心层、 input 事件处理层，最终给用户空间提供可访问的设备节点， input 子系统框架如下图所示：

 

        上图中左边就是最底层的具体设备，比如按键、 USB 键盘/鼠标等，中间部分属于Linux 内核空间，分为驱动层、核心层和事件层，最右边的就是用户空间，所有的输入设备以文件的形式供用户应用程序使用。可以看出 input 子系统用到了前面讲解的驱动分层模型，编写驱动程序的时候只需要关注中间的驱动层、核心层和事件层，这三个层的分工如下：

• 驱动层：输入设备的具体驱动程序，比如按键驱动程序，向内核层报告输入内容。

• 核心层：承上启下，为驱动层提供输入设备注册和操作接口。通知事件层对输入事件进行处理。

• 事件层：主要和用户空间进行交互。

二、input 驱动编写流程

        input 核心层会向 Linux 内核注册一个字符设备，大家找到 drivers/input/input.c 这个文件，input.c 就是 input 输入子系统的核心层，此文件里面有如下所示代码：

struct class input_class = {.name       = "input",.devnode    = input_devnode,
};
EXPORT_SYMBOL_GPL(input_class);
...
static int __init input_init(void)
{int err;err = class_register(&input_class);if (err) {pr_err("unable to register input_dev class\n");return err;}err = input_proc_init();if (err)goto fail1;err = register_chrdev_region(MKDEV(INPUT_MAJOR, 0),INPUT_MAX_CHAR_DEVICES, "input");if (err) {pr_err("unable to register char major %d", INPUT_MAJOR);goto fail2;}return 0;fail2: input_proc_exit();fail1: class_unregister(&input_class);return err;
}

        第 11 行，注册一个 input 类，这样系统启动以后就会在/sys/class 目录下有一个 input 子目录，如下图所示：

 

        第 21~22 行，注册一个字符设备，主设备号为 INPUT_MAJOR，INPUT_MAJOR 定义在 include/uapi/linux/major.h 文件中，定义如下：

 

        因此， input 子系统的所有设备主设备号都为 13，我们在使用 input 子系统处理输入设备的时候就不需要去注册字符设备了，我们只需要向系统注册一个 input_device 即可。

1、注册 input_dev

        在使用 input 子系统的时候我们只需要注册一个 input 设备即可，input_dev 结构体表示 input设备，此结构体定义在 include/linux/input.h 文件中，定义如下(有省略)：

struct input_dev {const char *name;const char *phys;const char *uniq;struct input_id id;unsigned long propbit[BITS_TO_LONGS(INPUT_PROP_CNT)];unsigned long evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)];   /* 事件类型的位图 */unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)]; /* 按键值的位图 */ unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)]; /* 相对坐标的位图 */unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)]; /* 绝对坐标的位图 */unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)]; /* 杂项事件的位图 */unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)]; /*LED 相关的位图 */unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)]; /* sound 有关的位图 */unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)];   /* 压力反馈的位图 */unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];   /*开关状态的位图 */unsigned int hint_events_per_packet;unsigned int keycodemax;unsigned int keycodesize;void *keycode;......unsigned long key[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)];unsigned long led[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)];unsigned long snd[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];unsigned long sw[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];......bool inhibited;
};

        第 9 行， evbit 表示输入事件类型，可选的事件类型定义在 include/uapi/linux/input-event-codes.h 文件中，事件类型如下：

/** Event types*/#define EV_SYN          0x00    /* 同步事件 */
#define EV_KEY          0x01    /* 按键事件 */
#define EV_REL          0x02    /* 相对坐标事件 */
#define EV_ABS          0x03    /* 绝对坐标事件 */
#define EV_MSC          0x04    /* 杂项(其他)事件 */
#define EV_SW           0x05    /* 开关事件 */
#define EV_LED          0x11    /* LED */
#define EV_SND          0x12    /* sound(声音) */
#define EV_REP          0x14    /* 重复事件 */
#define EV_FF           0x15    /* 压力事件 */
#define EV_PWR          0x16    /* 电源事件 */
#define EV_FF_STATUS    0x17    /* 压力状态事件 */
#define EV_MAX          0x1f
#define EV_CNT          (EV_MAX+1)

        比如我们要使用到按键，那么就需要注册 EV_KEY 事件，如果要使用连按功能的话还需要注册 EV_REP 事件。

        继续回到示例代码中，第 9 行~17 行的 evbit、 keybit、 relbit 等等都是存放不同事件对应的值。比如我们本章要使用按键事件，因此要用到 keybit， keybit 就是按键事件使用的位图， Linux 内核定义了很多按键值，这些按键值定义在 include/uapi/linux/input-event-codes.h 文件中，按键值如下：

#define KEY_RESERVED    0
#define KEY_ESC         1
#define KEY_1           2
#define KEY_2           3
#define KEY_3           4
#define KEY_4           5
#define KEY_5           6
#define KEY_6           7
#define KEY_7           8
#define KEY_8           9
#define KEY_9           10
#define KEY_0           11
#define KEY_MINUS       12
......
#define BTN_TRIGGER_HAPPY39     0x2e6
#define BTN_TRIGGER_HAPPY40     0x2e7

        我们可以将开发板上的按键值设置为上述宏定义中的任意一个，比如我们本章实验会将 I.MX6U-ALPHA 开发板上的 KEY 按键值设置为 KEY_0。在编写 input 设备驱动的时候我们需要先申请一个 input_dev 结构体变量，使用input_allocate_device 函数来申请一个 input_dev，此函数原型如下所示：

struct input_dev *input_allocate_device(void)
函数参数和返回值含义如下：
- 参数：无
- 返回值： 申请到的 input_dev

        如果要注销的 input 设备的话需要使用 input_free_device 函数来释放掉前面申请到的input_dev， input_free_device 函数原型如下：

void input_free_device(struct input_dev *dev)
函数参数和返回值含义如下：
- dev：需要释放的 input_dev
- 返回值： 无

        申请好一个 input_dev 以后就需要初始化这个 input_dev，需要初始化的内容主要为事件类型(evbit)和事件值(keybit)这两种。 input_dev 初始化完成以后就需要向 Linux 内核注册 input_dev了，需要用到 input_register_device 函数，此函数原型如下：

int input_register_device(struct input_dev *dev)
函数参数和返回值含义如下：
- dev：要注册的 input_dev 
- 返回值： 0， input_dev 注册成功；负值， input_dev 注册失败

        同样的，注销 input 驱动的时候也需要使用 input_unregister_device 函数来注销掉前面注册的 input_dev， input_unregister_device 函数原型如下：

void input_unregister_device(struct input_dev *dev)
函数参数和返回值含义如下：
- dev：要注销的 input_dev 
- 返回值： 无

综上所述， input_dev 注册过程如下：

• ①、使用 input_allocate_device 函数申请一个 input_dev。

• ②、初始化 input_dev 的事件类型以及事件值。

• ③、使用 input_register_device 函数向 Linux 系统注册前面初始化好的 input_dev。

• ④、卸载 input驱动的时候需要先使用 input_unregister_device 函数注销掉注册的 input_dev，然后使用 input_free_device 函数释放掉前面申请的 input_dev。 input_dev 注册过程示例代码如下所示：

struct input_dev *inputdev; /* input 结构体变量 *//* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void)
{.....nputdev = input_allocate_device();   /* 申请 input_dev */nputdev->name = "test_inputdev";     /* 设置 input_dev 名字 *//*********第一种设置事件和事件值的方法***********/__set_bit(EV_KEY, inputdev->evbit); /* 设置产生按键事件 */__set_bit(EV_REP, inputdev->evbit); /* 重复事件 */__set_bit(KEY_0, inputdev->keybit); /*设置产生哪些按键值 *//************************************************//*********第二种设置事件和事件值的方法***********/keyinputdev.inputdev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) |BIT_MASK(EV_REP);keyinputdev.inputdev->keybit[BIT_WORD(KEY_0)] |=BIT_MASK(KEY_0);/************************************************//*********第三种设置事件和事件值的方法***********/keyinputdev.inputdev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) |BIT_MASK(EV_REP);input_set_capability(keyinputdev.inputdev, EV_KEY, KEY_0);/************************************************//* 注册 input_dev */input_register_device(inputdev);......return 0;
}/* 驱动出口函数 */
static void __exit xxx_exit(void)
{input_unregister_device(inputdev); /* 注销 input_dev */input_free_device(inputdev);       /* 删除 input_dev */
}

• 第 1 行，定义一个 input_dev 结构体指针变量。

• 第 4~30 行，驱动入口函数，在此函数中完成 input_dev 的申请、设置、注册等工作。第 7行调用 input_allocate_device 函数申请一个 input_dev。第 10~23 行都是设置 input 设备事件和按键值，这里用了三种方法来设置事件和按键值。第 27 行调用 input_register_device 函数向 Linux内核注册 inputdev。

• 第 33~37 行，驱动出口函数，第 35 行调用 input_unregister_device 函数注销前面注册的input_dev，第 36 行调用 input_free_device 函数删除前面申请的 input_dev。

2、上报输入事件

        当向 Linux 内核注册好 input_dev 以后还不能高枕无忧的使用 input 设备， input 设备都是具有输入功能的，但是具体是什么样的输入值 Linux 内核是不知道的，需要获取到具体的输入值，或者说是输入事件，然后将输入事件上报给 Linux 内核。

        比如按键，需要在按键中断处理函数，或者消抖定时器中断函数中将按键值上报给 Linux 内核，这样 Linux 内核才能获取到正确的输入值。不同的事件，其上报事件的 API 函数不同，依次来看一下一些常用的事件上报 API 函数。

        首先是 input_event 函数，此函数用于上报指定的事件以及对应的值，函数原型如下：

void input_event(struct input_dev *dev,unsigned int type, unsigned int code, int value)
函数参数和返回值含义如下：
- dev：需要上报的 input_dev
- type: 上报的事件类型，比如 EV_KEY
- code： 事件码，也就是我们注册的按键值，比如 KEY_0、 KEY_1 等等
- value：事件值，比如 1 表示按键按下， 0 表示按键松开。返回值： 无

        input_event 函数可以上报所有的事件类型和事件值， Linux 内核也提供了其他的针对具体事件的上报函数，这些函数其实都用到了 input_event 函数。比如上报按键所使用的input_report_key 函数，此函数内容如下：

static inline void input_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)
{input_event(dev, EV_KEY, code, !!value);
}

        从上面函数定义可以看出， input_report_key 函数的本质就是 input_event 函数，如果要上报按键事件的话还是建议大家使用 input_report_key 函数。同样的还有一些其他的事件上报函数，这些函数如下所示：

static inline void input_report_rel(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)
static inline void input_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)
static inline void input_report_ff_status(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)
static inline void input_report_switch(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)
static inline void input_sync(struct input_dev *dev)
static inline void input_mt_sync(struct input_dev *dev)

当我们上报事件以后还需要使用 input_sync 函数来告诉 Linux 内核 input 子系统上报结束，input_sync 函数本质是上报一个同步事件，此函数原型如下所示：

static inline void input_sync(struct input_dev *dev)
{input_event(dev, EV_SYN, SYN_REPORT, 0);
}
函数参数和返回值含义如下：
- dev：需要上报同步事件的 input_dev。
- 返回值： 无。

综上所述，按键的上报事件的参考代码如下所示：

/* 用于按键消抖的定时器服务函数 */
void timer_function(unsigned long arg)
{unsigned char value;value = gpio_get_value(keydesc->gpio);    /* 读取 IO 值 */if(value == 0){                           /* 按下按键 *//* 上报按键值 */input_report_key(inputdev, KEY_0, 1); /* 最后一个参数 1， 按下 */input_sync(inputdev);                 /* 同步事件 */} else { /* 按键松开 */input_report_key(inputdev, KEY_0, 0); /* 最后一个参数 0， 松开 */input_sync(inputdev);                 /* 同步事件 */}
}

• 第 6 行，获取按键值，判断按键是否按下。

• 第 9~10 行，如果按键值为 0 那么表示按键被按下了，如果按键按下的话就要使用input_report_key 函数向 Linux 系统上报按键值，比如向 Linux 系统通知 KEY_0 这个按键按下了。

• 第 12~13 行，如果按键值为 1 的话就表示按键没有按下，是松开的。向 Linux 系统通知KEY_0 这个按键没有按下或松开了。

三、input_event 结构体

        Linux 内核使用 input_event 这个结构体来表示所有的输入事件， input_envent 结构体定义在include/uapi/linux/input.h 文件中，结构体内容如下：

struct input_event {
#if (__BITS_PER_LONG != 32 || !defined(__USE_TIME_BITS64)) && !defined(__KERNEL__)struct timeval time;
#define input_event_sec time.tv_sec
#define input_event_usec time.tv_usec
#else__kernel_ulong_t __sec;
#if defined(__sparc__) && defined(__arch64__)unsigned int __usec;unsigned int __pad;
#else__kernel_ulong_t __usec;
#endif
#define input_event_sec  __sec
#define input_event_usec __usec
#endif__u16 type;__u16 code;__s32 value;
};

        依次来看一下 input_event 结构体中的各个成员变量： time：时间，也就是此事件发生的时间，为 timeval 结构体类型， timeval 结构体定义如下：

typedef long __kernel_long_t;
typedef __kernel_long_t __kernel_time_t;
typedef __kernel_long_t __kernel_suseconds_t;struct timeval {__kernel_time_t tv_sec;        /* 秒 */__kernel_suseconds_t tv_usec;  /* 微秒 */
};

        从上面可以看出， tv_sec 和 tv_usec 这两个成员变量都为 long 类型，也就是 32位，这个一定要记住，后面我们分析 event 事件上报数据的时候要用到。

• type： 事件类型，比如 EV_KEY，表示此次事件为按键事件，此成员变量为 16 位。

• code： 事件码，比如在 EV_KEY 事件中 code 就表示具体的按键码，如： KEY_0、 KEY_1等等这些按键。此成员变量为 16 位。

• value： 值，比如 EV_KEY 事件中 value 就是按键值，表示按键有没有被按下，如果为 1 的话说明按键按下，如果为 0 的话说明按键没有被按下或者按键松开了。

        input_envent 这个结构体非常重要，因为所有的输入设备最终都是按照 input_event 结构体呈现给用户的，用户应用程序可以通过 input_event 来获取到具体的输入事件或相关的值，比如按键值等。关于 input 子系统就讲解到这里，x下一章以开发板上的 KEY0 按键为例，讲解一下如何编写 input 驱动。

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