Linux驱动开发——（十一）INPUT子系统

目录

一、input子系统简介

二、input驱动API

2.1 input字符设备

2.2 input_dev结构体

2.3 上报输入事件

2.4 input_event结构体

三、代码

3.1 驱动代码

3.2 测试代码

四、平台测试

一、input子系统简介

input子系统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。

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：

最左边是最底层的具体设备，比如按键、USB键盘/鼠标等；中间部分是Linux内核空间，分为驱动层、核心层和事件层；最右边是用户空间，所有的输入设备以文件的形式供用户应用程序使用：

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：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API

2.1 input字符设备

input核心层会向Linux内核注册一个字符设备——drivers/input/input.c即input输入子系统的核心层：

struct class input_class = { .name = "input", .devnode = input_devnode, 
};......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; 
}

其中，以下代码是注册一个input类：

err = class_register(&input_class);

这样系统启动以后就会在/sys/class目录下有一个input子目录：

其中，以下代码是注册一个字符设备：

err = register_chrdev_region(MKDEV(INPUT_MAJOR, 0), INPUT_MAX_CHAR_DEVICES, "input");

主设备号为INPUT_MAJOR INPUT_MAJOR定义在include/uapi/linux/major.h文件中：

#define INPUT_MAJOR 13

因此，input子系统的所有设备主设备号都为13。在使用input子系统处理输入设备时不需要注册字符设备，只需要向系统注册一个input_device结构体即可。

2.2 input_dev结构体

input_dev结构体表示input设备，定义在include/linux/input.h文件中：

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 */ ...... bool devres_managed; 
};

其中，evbit表示输入事件类型，可选的事件类型定义在include/uapi/linux/input.h文件中：

#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 */

如果要使用按键，就要注册EV_KEY事件；如果要实现连按，还需要注册EV_REP事件。

其中，keybit表示按键事件使用的位图。Linux内核定义的keybit定义在include/uapi/linux/input.h文件中：

#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 BTN_TRIGGER_HAPPY39 0x2e6 
#define BTN_TRIGGER_HAPPY40 0x2e7

编写input设备驱动则需要先申请一个input_dev结构体变量，使用input_allocate_device函数来申请一个input_dev：

struct input_dev *input_allocate_device(void)

返回值：要申请的input_dev。

如果要释放的input设备则需要使用input_free_device函数来释放掉申请到的input_dev：

void input_free_device(struct input_dev *dev)

dev：要释放的input_dev。

返回值：无。

申请好input_dev后要初始化input_dev，需要初始化的内容主要为事件类型(evbit)和事件值(keybit)。input_dev初始化好后则需要使用input_register_device函数向Linux内核注册input_dev：

int input_register_device(struct input_dev *dev)

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。

如果要注销input设备则需要使用input_unregister_device函数来注销掉注册到的input_dev：

void input_unregister_device(struct input_dev *dev)

dev：要注销的input_dev 。

返回值：无。

综上，按键功能的input_dev注册流程如下：

struct input_dev *inputdev; /* input结构体变量 */ /* 驱动入口函数 */ 
static int __init xxx_init(void) 
{ ...... /* 初始化input_dev */inputdev = input_allocate_device(); /* 申请input_dev */ inputdev->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);//__set_bit(EV_REP, inputdev->evbit);//__set_bit(KEY_0, inputdev->keybit);/* 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 */ 
}

其中，input_set_capability函数表示设置输入设备可以上报的输入事件——该函数一次只能设置一个具体事件，如果设备可以上报多个事件，则需要重复调用该函数来进行设置：

input_set_capability(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code)

dev：该设备的input_dev结构体变量。

type：设备可以上报的事件类型，即evbit的值。

code：设备可以上报的具体事件，本文即keybit的值。

2.3 上报输入事件

input设备都具有输入功能，但Linux内核并不知道具体的输入值。在向Linux内核注册好input_dev后还需要获取具体的输入值作为输入事件上报给Linux内核。

不同的事件，其上报事件的API函数不同。input_event函数用于上报指定的事件以及对应的值。此函数可以上报所有的事件类型和事件值：

void input_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value)

dev：需要上报的input_dev。

type: 上报的事件类型，如EV_KEY、EV_SYN等等。

code：事件码，如EV_KEY事件中的KEY_0、KEY_1等等。

value：事件值。如EV_KEY事件中0表示按键松开，1表示按键按下，2表示按键连按。

返回值：无。

如果是上报按键事件，则可以使用input_report_key函数，此函数本质即input_event函数：

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

还有一些其他的事件上报函数，如：

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

上报事件后还要使用input_sync函数告知Linux内核input子系统上报结束，该函数本质即上报一个同步事件：

void input_sync(struct input_dev *dev)

dev：需要上报同步事件的input_dev。

返回值：无。

综上，按键的上报事件代码流程如下：

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 */ 
}

2.4 input_event结构体

Linux内核使用input_event结构体（区别于上文的input_event函数！）表示所有的输入事件，定义在include/uapi/linux/input.h文件中：

struct input_event { struct timeval time; __u16 type; __u16 code; __s32 value; 
};

time：此事件发生时的时间，为timeval结构体类型：

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 */ 
};

type: 上报的事件类型，如EV_KEY、EV_SYN等等。

code：事件码。如EV_KEY事件中的KEY_0、KEY_1等等。

value：事件值。如EV_KEY事件中0表示按键松开，1表示按键按下，2表示按键连按。

所有的输入设备最终都按照input_event结构体呈现给用户，用户应用程序可以通过input_event结构体来获取到具体的输入事件或相关的值，比如按键值等。

三、代码

配合Linux驱动开发——（六）按键中断实验讲解。

3.1 驱动代码

在设备结构体里添加input结构体：

struct keyinput_dev{......struct input_dev *inputdev; /* input结构体 */
}

在定时器服务函数里更改按键按下和释放代码为：

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 */ 
}

在按键初始化函数里添加：


/* 初始化input_dev */
inputdev = input_allocate_device(); /* 申请input_dev */ 
inputdev->name = "test_inputdev"; /* 设置input_dev名字 */ /* 设置事件和事件值 */ 
keyinputdev.inputdev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_REP); 
input_set_capability(keyinputdev.inputdev, EV_KEY, KEY_0); /* 注册输入设备 */
ret = input_register_device(keyinputdev.inputdev); 
if (ret) { printk("register input device failed!\r\n"); return ret; 
}return 0;

在驱动出口函数里添加：

/* 释放input_dev */ 
input_unregister_device(keyinputdev.inputdev); 
input_free_device(keyinputdev.inputdev);

3.2 测试代码

定义一个input_event变量，存放输入事件信息：

static struct input_event inputevent;

更改主函数中while函数的代码为：

while (1) { err = read(fd, &inputevent, sizeof(inputevent)); if (err > 0) { /* 读取数据成功 */ switch (inputevent.type) { case EV_KEY: if (inputevent.code < BTN_MISC) { /* 键盘键值 */ printf("key %d %s\r\n", inputevent.code,inputevent.value ? "press" : "release"); } else { printf("button %d %s\r\n", inputevent.code, inputevent.value ? "press" : "release"); } break; /* 其他类型的事件，自行处理 */ case EV_REL: break; case EV_ABS: break; case EV_MSC: break; case EV_SW: break; } } else { printf("读取数据失败\r\n"); } 
}

向Linux内核成功注册input_dev设备后，会在/dev/input目录下生成一个名为“ eventX(X=0….n)”的文件（对应的input设备文件）。使用read函数读取该输入设备文件，读取到的数据（如按键值等等）按照input_event结构体组织起来。获取到输入事件以后（input_event结构体类型）再使用 switch case语句来判断事件类型。

四、平台测试

在加载该驱动模块之前，/dev/input目录下只有以下两个文件： 

 加载该驱动模块后，/dev/input目录下有以下三个文件：

因此/dev/input/event1即注册的驱动所对应的设备文件。使用测试代码读取/dev/input/event1该文件，然后按下按键，查看获取的输入事件信息：

也可以使用hexdump命令来直接查看/dev/input/event1（input_event结构体类型的）原始事件数据值：

原始事件数据值的含义如下：

编号tv_sectv_usectypecodevalue
000000052f7 0000be6b 00010001000b0001 0000
000001052f7 0000be6b 0001000000000000 0000
000002052f7 0000451d 00030001000b0000 0000
000003052f7 0000451d 0003000000000000 0000

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