一、前言
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。
按键输入、键盘、鼠标、触摸屏等都属于输入设备,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,我们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。
目的:简化驱动开发人员操作,驱动开发者只需上报事件,至于事件如何处理并提供给应用层使用则无需关心。
二、input 子系统简介
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 子系统用到了我们前面讲解的驱动分层模型。
我们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。负责将输入事件从驱动层传递到事件层,并记录输入设备的属性和类型等信息。
- 事件层:主要和用户空间进行交互。 负责将输入事件传递给用户空间的应用程序,并提供标准的系统调用来读取和处理输入事件。
核心层和事件层之间通过一些接口和数据结构进行交互,以实现输入事件的传递和处理。
也就是说input子系统的核心层和事件层已经写好,驱动开发者只需要按照要求上报事件给核心层即可,无需关心事件的处理和传递,这也体现出驱动分层的思想。
三、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。
struct class input_class = {
name = "input",
devnode = input_devnode,
};
......
static int __init input_init(void)
{
int err;
err = class_register(&input_class);// 向内核注册一个类
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),// 注册字符设备
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;
}
注释1: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。
注释2: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:
#define INPUT_MAJOR 13
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。(不需要自行注册字符设备,但需要提供一个input_device)
1、注册 input_dev (该结构体表示input设备)
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:
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;
};
evbit 表示输入事件类型,另外几个位图是该事件的对应值,比如 keybit 就是按键事件使用的
位图,可选事件类型定义在 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 */
🐦 申请 input_dev
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:
struct input_dev *input_allocate_device(void)
参数:无。
返回值:申请到的 input_dev。
🐦 初始化与(向内核)注册 input_dev
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 初始化完成以后需要向 Linux 内核注册 input_dev了,需要用到 input_register_device 函数:
🐦 (从内核)注销 input_dev
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:
void input_unregister_device(struct input_dev *dev)
dev:要注销的 input_dev 。
返回值:无。
🐦 释放 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:
void input_free_device(struct input_dev *dev)
dev:需要释放的 input_dev。
返回值:无。
🐦input_dev 注册总结
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:
struct input_dev *inputdev; /* input 结构体变量 */
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void)
{
...
// 相当于给指针变量分配空间
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***********/
// 设置某一位的值
__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 */
}
2、上报输入事件
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,我们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,我们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:
🐱🏍 input_event 函数
此函数用于上报指定的事件以及对应的值,input_event 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,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。
🐱🏍 具体事件的上报函数
// input_report_key 函数的本质就是 input_event 函数
static inline void input_report_key(struct input_dev *dev, unsigned int code, int value)
// 同样的还有一些其他的事件上报函数
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)
🐱🏍 结束 input 子系统事件上报
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:
void input_sync(struct input_dev *dev)
dev:需要上报同步事件的 input_dev。
返回值:无。
🐱🏍 按键的上报事件的参考代码
/* 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 */
}
}
四、input_event 结构体(呈现给用户使用)
1、input_event 结构体
(此处 input_event 是结构体,不是上面讲的上报函数)Linux 内核使用 input_event 结构体来表示所有的输入事件:
struct input_event {
struct timeval time;// 此事件发生的时间
__u16 type;// 事件类型,此次事件为按键事件,比如 EV_KEY
__u16 code;// 时间码,具体的按键码,如:KEY_0、KEY_1等等这些按键
__s32 value;// 按键值
};
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。
上方表示时间的结构体 struct timeval:
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 */ };
tv_sec 和 tv_usec 这两个成员变量都为 long 类型,也就是 32位。
2、测试 APP
#include "stdio.h"
#include "unistd.h"
#include "sys/types.h"
#include "sys/stat.h"
#include "sys/ioctl.h"
#include "fcntl.h"
#include "stdlib.h"
#include "string.h"
#include <poll.h>
#include <sys/select.h>
#include <sys/time.h>
#include <signal.h>
#include <fcntl.h>
#include <linux/input.h>
/* 定义一个 input_event 变量,存放输入事件信息 */
static struct input_event inputevent;
int main(int argc, char *argv[])
{
int fd;
int err = 0;
char *filename;
filename = argv[1];
if(argc != 2) {
printf("Error Usage!\r\n");
return -1;
}
fd = open(filename, O_RDWR);
if (fd < 0) {
printf("Can't open file %s\r\n", filename);
return -1;
}
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");
}
}
return 0;
}
驱动层 read 函数应该是由input子系统实现,而如何将驱动上报的事件整理成 input_event 结构体也是驱动开发者无需考虑的,只需按照归则上报对应的事件到核心层即可。