【linux kernel】一文总结linux输入子系统

文章目录

- 一、导读
- 二、重要数据数据结构
- - （2-1）struct input_dev
  - （2-2）input_dev_list和input_handler_list
  - （2-3）struct input_handler
- 三、input核心的初始化
- 四、常用API
- 五、输入设备驱动开发总结
- - (1)查看输入事件
  - (2)查看输入设备信息
  - (3)使用evtest查看输入事件
  - (4)使用hexdump直接查看输入事件内容

一、导读

linux内核的输入子系统是一个“一对多”的驱动程序，对上层，为应用程序提供统一的事件接口；对下层，统一形态各一的输入设备的处理功能，例如：各种鼠标，不管是PS/2、USB还是蓝牙的，都进行相同的处理。

👉相关源码文件：

drivers/input/input-core.c
drivers/input/input.c 输入子系统的核心
drivers/input/input-compat.c 输入子系统的32位兼容性包装器
drivers/input/input-mt.c 输入多点触控库
drivers/input/input-poller.c 支持输入设备的轮询模式。
drivers/input/ff-core.c 支持Linux输入子系统的强制反馈
drivers/input/touchscreen.c 用于触摸屏和其他二维指向设备的通用助手函数

二、重要数据数据结构

（2-1）struct input_dev

input_dev代表一个input设备，定义如下（include/linux/input.h）：

struct input_dev {
	const char *name;  //输入设备的名称
	const char *phys;  //输入设备的物理地址
	const char *uniq;  //输入设备的唯一标识符
	struct input_id id; //输入设备的标识符信息，包括总线类型、供应商 ID、产品 ID 和版本号

	unsigned long propbit[BITS_TO_LONGS(INPUT_PROP_CNT)]; //输入设备的属性位图，表示设备支持的属性。

	unsigned long evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)];        //事件类型的位图 ，表示设备支持的事件类型。
	unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)];      //按键值的位图，表示设备支持的按键。
	unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)];      //相对坐标的位图，表示设备支持的相对坐标事件。
	unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)];      //绝对坐标的位图，表示设备支持的绝对坐标事件。
	unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)];      //杂项事件的位图，表示设备支持的其他杂项事件。
	unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)];      //LED 相关的位图，表示设备支持的 LED 灯。
	unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];      //sound 有关的位图，表示设备支持的声音事件。
	unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)];        //压力反馈的位图，表示设备支持的力反馈功能。
	unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];        //开关状态的位图，表示设备支持的开关状态。

	unsigned int hint_events_per_packet;     //每个数据包中事件数量的提示值。

	unsigned int keycodemax; //按键编码的最大值。
	unsigned int keycodesize; //按键编码的大小。
	void *keycode; //按键编码数据的指针。

	int (*setkeycode)(struct input_dev *dev,    //设置按键编码的函数指针。
			  const struct input_keymap_entry *ke,
			  unsigned int *old_keycode);
              
	int (*getkeycode)(struct input_dev *dev,  //获取按键编码的函数指针。
			  struct input_keymap_entry *ke);

	struct ff_device *ff;  //力反馈设备的指针。

	unsigned int repeat_key; //重复按键的标志。
	struct timer_list timer; //用于定时任务的定时器。

	int rep[REP_CNT]; //重复计数器数组。

	struct input_mt *mt; //多点触控设备信息的指针。

	struct input_absinfo *absinfo; //绝对坐标信息的指针。

	unsigned long key[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)]; //按键状态的位图。
	unsigned long led[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)]; //LED 灯状态的位图。
	unsigned long snd[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)]; //声音状态的位图。
	unsigned long sw[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];   //开关状态的位图。

	int (*open)(struct input_dev *dev);       //打开设备的函数指针。
	void (*close)(struct input_dev *dev);     //关闭设备的函数指针。
	int (*flush)(struct input_dev *dev, struct file *file); //刷新设备的函数指针。
	int (*event)(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value); //事件处理函数的指针。

	struct input_handle __rcu *grab; //指向当前占用该设备的输入处理程序的指针。

	spinlock_t event_lock; //事件锁，用于保护事件数据的并发访问。
	struct mutex mutex; //互斥锁，用于保护设备的状态数据。

	unsigned int users;  //设备的用户数。
	bool going_away; //设备的用户数。

	struct device dev; //设备结构体，用于设备管理。

	struct list_head	h_list; //连接到输入处理程序链表的链表头。
	struct list_head	node;   //连接到全局输入设备链表的链表头。

	unsigned int num_vals;  //输入值的数量。
	unsigned int max_vals;  //输入值的最大数量。
	struct input_value *vals; //输入值数组的指针。
 
	bool devres_managed;  //标志，指示设备是否由设备资源管理器管理。
};

input_dev结构中定义了几个用于描述具体输入行为的类型，其中evbit表示输入事件类型，在linux内核中为许多常见的事件类型都进行了定义（/include/uapi/linux/input.h）：

#define EV_SYN			0x00
#define EV_KEY			0x01
#define EV_REL			0x02
#define EV_ABS			0x03
#define EV_MSC			0x04
#define EV_SW			0x05
#define EV_LED			0x11
#define EV_SND			0x12
#define EV_REP			0x14
#define EV_FF			0x15
#define EV_PWR			0x16
#define EV_FF_STATUS		0x17
#define EV_MAX			0x1f
#define EV_CNT			(EV_MAX+1)

在/include/uapi/linux/input.h文件中也能找到输入子系统下许多的宏定义，这些宏定义可以在基于输入子系统的驱动程序中使用。

（2-2）input_dev_list和input_handler_list

在input输入子系统中定义了两个重要的全局链表：

static LIST_HEAD(input_dev_list);  //dev链表
static LIST_HEAD(input_handler_list);  //handler链表

input_dev_list表示input输入子系统中的所有设备，当使用input_register_device()这次input设备时，所注册的设备会被添加到input_dev_list链表中：

list_add_tail(&dev->node, &input_dev_list);

input_handler_list表示input输入子系统的handler，当使用input_register_handler()注册一个handler时，会将该handler添加到input_handler_list链表中：

list_add_tail(&handler->node, &input_handler_list);

（2-3）struct input_handler

input_handler结构用于描述一个输入设备的操作接口，定义如下：

struct input_handler {

  //驱动特殊数据
	void *private;

	void (*event)(struct input_handle *handle, unsigned int type, unsigned int code, int value);
	void (*events)(struct input_handle *handle,
		       const struct input_value *vals, unsigned int count);
	bool (*filter)(struct input_handle *handle, unsigned int type, unsigned int code, int value);
	bool (*match)(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev);
	int (*connect)(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev, const struct input_device_id *id);
	void (*disconnect)(struct input_handle *handle);
	void (*start)(struct input_handle *handle);

	bool legacy_minors;
	int minor;
	const char *name;

	const struct input_device_id *id_table;

	struct list_head	h_list;
	struct list_head	node;
};

input_handler结构体用于描述输入事件的处理程序，结构中各元素功能如下：

1、void *private;：指向驱动特殊数据的指针，通常用于存储与该输入处理程序相关的私有数据。
2、void (*event)(struct input_handle *handle, unsigned int type, unsigned int code, int value);：指向事件处理函数的指针。当输入事件发生时，此函数将被调用以处理事件。
3、void (*events)(struct input_handle *handle, const struct input_value *vals, unsigned int count);：指向批量事件处理函数的指针。类似于 event 函数，但允许处理多个输入值。
4、bool (*filter)(struct input_handle *handle, unsigned int type, unsigned int code, int value);：指向事件过滤器函数的指针。该函数用于确定是否应该处理特定的输入事件。
5、bool (*match)(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev);：指向匹配函数的指针。用于确定输入设备是否与此输入处理程序匹配。
6、int (*connect)(struct input_handler *handler, struct input_dev *dev, const struct input_device_id *id);：指向连接函数的指针。用于将输入设备与输入处理程序连接起来。
7、void (*disconnect)(struct input_handle *handle);：指向断开连接函数的指针。用于在输入设备断开连接时执行清理操作。
8、void (*start)(struct input_handle *handle);：指向启动函数的指针。用于启动输入处理程序的某些操作。
9、bool legacy_minors;：指示是否使用传统的设备编号（例如 /dev/input/eventX 中的 X）。
10、int minor;：输入处理程序的次设备号，用于确定其在系统中的唯一标识符。
11、const char *name;：输入处理程序的名称。
12、const struct input_device_id *id_table;：指向输入设备标识符表的指针。用于描述输入设备与输入处理程序之间的匹配关系。
13、struct list_head h_list;：用于将输入处理程序连接到输入设备的处理程序链表。
14、struct list_head node;：用于将输入处理程序连接到全局输入处理程序链表。

总而言之，struct input_handler结构体描述了输入事件处理程序的各种属性和操作函数指针，用于与输入设备交互并处理输入事件。

三、input核心的初始化

input输入子系统的核心由/drivers/input/input.c文件实现，该文件中内容基于linux内核驱动模型而设计，模块出口是input_init()，由subsys_initcall(input_init)语句导出，如下代码：

static int __init input_init(void)
{
	int err;
  
  //注册input类
	err = class_register(&input_class);
	if (err) {
		pr_err("unable to register input_dev class\n");
		return err;
	}
  
  //在proc文件系统中创建与input相关目录
	err = input_proc_init();
	if (err)
		goto fail1;
  
  //为input输入子系统注册主设备号
	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;
}

//模块导出
subsys_initcall(input_init);

input_proc_init()定义如下：

static int __init input_proc_init(void)
{
	struct proc_dir_entry *entry;

	proc_bus_input_dir = proc_mkdir("bus/input", NULL);
	if (!proc_bus_input_dir)
		return -ENOMEM;

	entry = proc_create("devices", 0, proc_bus_input_dir,
			    &input_devices_fileops);
	if (!entry)
		goto fail1;

	entry = proc_create("handlers", 0, proc_bus_input_dir,
			    &input_handlers_fileops);
	if (!entry)
		goto fail2;

	return 0;

 fail2:	remove_proc_entry("devices", proc_bus_input_dir);
 fail1: remove_proc_entry("bus/input", NULL);
	return -ENOMEM;
}

上述代码将在 /proc/bus/input 目录下创建两个文件 “devices” 和 “handlers”，用于显示输入设备和输入事件处理程序的信息。例如：

四、常用API

//申请input_dev结构变量
struct input_dev *input_allocate_device(void)

//注销input_dev设备
void input_free_device(struct input_dev *dev)

//向linux内核注册input设备
int input_register_device(struct input_dev *dev)

//从linux内核注销input设备
void input_unregister_device(struct input_dev *dev)

//上报一个输入事件，包括事件类型 (type)、事件代码 (code) 和事件值 (value)。
void input_event(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value)
    
//上报一个相对坐标事件，即相对于上一个位置的变化。
void input_report_rel(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)

//上报一个绝对坐标事件，即绝对位置的变化。
void input_report_abs(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)

//上报一个力反馈状态事件，通常用于通知应用程序力反馈设备的状态。
void input_report_ff_status(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)

//上报一个开关状态事件，通常用于通知应用程序开关设备的状态。
void input_report_switch(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)

//上报一个多点触摸同步事件，用于通知输入子系统多点触摸操作的结束
void input_mt_sync(struct input_dev *dev)

//上报一个同步事件，用于通知linux内核input子系统上报操作结束
void input_sync(struct input_dev *dev)
/*##############################################################*/

五、输入设备驱动开发总结

(1)查看输入事件

很多时候，我们需要获取系统目前存在哪些输入事件，这时候可以使用：

ls /dev/input/

该目录导出的信息是输入事件对应的文件节点。

(2)查看输入设备信息

获取到输入事件，在开发中可能还不够，还想更进一步获取到更详细的关于输入事件和输入设备的信息，这时候可以使用：

cat /proc/bus/input/devices

将会输出如下格式的数据：

I: Bus=0019 Vendor=0000 Product=0000 Version=0000
N: Name="20cc000.snvs:snvs-powerkey"
P: Phys=snvs-pwrkey/input0
S: Sysfs=/devices/platform/soc/2000000.aips-bus/20cc000.snvs/20cc000.snvs:snvs-powerkey/input/input0
U: Uniq=
H: Handlers=kbd event0 
B: PROP=0
B: EV=3
B: KEY=100000 0 0 0

I: Bus=0019 Vendor=0000 Product=0000 Version=0000
N: Name="iMX6UL TouchScreen Controller"
P: Phys=
S: Sysfs=/devices/platform/soc/2000000.aips-bus/2040000.tsc/input/input1
U: Uniq=
H: Handlers=mouse0 event1 
B: PROP=0
B: EV=b
B: KEY=400 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
B: ABS=3