「正点原子Linux连载」第五十八章Linux INPUT子系统实验(一）

本帖最后由 正点原子运营官 于 2020-4-3 10:21 编辑

1）实验平台：正点原子Linux开发板
2）摘自《正点原子I.MX6U嵌入式Linux驱动开发指南》
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第五十八章Linux INPUT子系统

实按键、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。本章我们就来学习一下Linux内核中的input子系统。

58.1 input子系统58.1.1input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和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，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，input子系统框架如图58.1.1.1所示：



图58.1.1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、核心层和时间层，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。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。
58.1.2input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：
示例代码58.1.2.1 input核心层创建字符设备过程
1767struct class input_class ={
1768.name ="input",
1769.devnode = input_devnode,
1770};
......
2414staticint __init input_init(void)
2415{
2416int err;
2417
2418 err = class_register(&input_class);
2419if(err){
2420 pr_err("unable to register input_dev classn");
2421return err;
2422}
2423
2424 err = input_proc_init();
2425if(err)
2426goto fail1;
2427
2428 err = register_chrdev_region(MKDEV(INPUT_MAJOR,0),
2429 INPUT_MAX_CHAR_DEVICES,"input");
2430if(err){
2431 pr_err("unable to register char major %d", INPUT_MAJOR);
2432goto fail2;
2433}
2434
2435return0;
2436
2437 fail2: input_proc_exit();
2438 fail1: class_unregister(&input_class);
2439return err;
2440}
第2418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，如图58.1.2.1所示：



第2428~2429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：
#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。
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)：
示例代码58.1.2.2 input_dev结构体
121struct input_dev {
122constchar*name;
123constchar*phys;
124constchar*uniq;
125struct input_id id;
126
127unsignedlong propbit[BITS_TO_LONGS(INPUT_PROP_CNT)];
128
129unsignedlong evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)]; /* 事件类型的位图 */
130unsignedlong keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)]; /* 按键值的位图 */
131unsignedlong relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)]; /* 相对坐标的位图 */
132unsignedlong ab***it[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)]; /* 绝对坐标的位图 */
133unsignedlong mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)]; /* 杂项事件的位图 */
134unsignedlong ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)]; /*LED相关的位图 */
135unsignedlong sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];/* sound有关的位图 */
136unsignedlong ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)]; /* 压力反馈的位图 */
137unsignedlong swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)]; /*开关状态的位图 */
......
189bool devres_managed;
190};
第129行，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，事件类型如下：
示例代码58.1.2.3 事件类型
#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 */
比如本章我们要使用到按键，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58.1.2.2中，第129行~137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.h文件中，按键值如下：
示例代码58.1.2.4 按键值
215 #define KEY_RESERVED 0
216 #define KEY_ESC 1
217 #define KEY_1 2
218 #define KEY_2 3
219 #define KEY_3 4
220 #define KEY_4 5
221 #define KEY_5 6
222 #define KEY_6 7
223 #define KEY_7 8
224 #define KEY_8 9
225 #define KEY_9 10
226 #define KEY_0 11
......
794 #define BTN_TRIGGER_HAPPY39 0x2e6
795 #define BTN_TRIGGER_HAPPY40 0x2e7
我们可以将开发板上的按键值设置为示例代码58.1.2.4中的任意要一个，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_unregister_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：
示例代码58.1.2.5 input_dev注册流程
1struct input_dev *inputdev;/* input结构体变量 */
2
3/* 驱动入口函数 */
4staticint __init xxx_init(void)
5{
6 ......
7 inputdev = input_allocate_device(); /* 申请input_dev */
8 inputdev->name ="test_inputdev"; /* 设置input_dev名字 */
9
10 /*********第一种设置事件和事件值的方法***********/
11 __set_bit(EV_KEY, inputdev->evbit); /* 设置产生按键事件 */
12 __set_bit(EV_REP, inputdev->evbit); /* 重复事件 */
13 __set_bit(KEY_0, inputdev->keybit); /*设置产生哪些按键值 */
14 /************************************************/
15
16 /*********第二种设置事件和事件值的方法***********/
17 keyinputdev.inputdev->evbit[0]= BIT_MASK(EV_KEY)|
BIT_MASK(EV_REP);
18 keyinputdev.inputdev->keybit[BIT_WORD(KEY_0)]|=
BIT_MASK(KEY_0);
19 /************************************************/
20
21 /*********第三种设置事件和事件值的方法***********/
22 keyinputdev.inputdev->evbit[0]= BIT_MASK(EV_KEY)|
BIT_MASK(EV_REP);
23 input_set_capability(keyinputdev.inputdev, EV_KEY, KEY_0);
24 /************************************************/
25
26 /* 注册input_dev */
27 input_register_device(inputdev);
28 ......
29 return0;
30}
31
32/* 驱动出口函数 */
33staticvoid __exit xxx_exit(void)
34{
35 input_unregister_device(inputdev); /* 注销input_dev */
36 input_free_device(inputdev); /* 删除input_dev */
37}
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
当我们向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，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，我们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：
例代码58.1.2.6 input_report_key函数
static inline void input_report_key(struct input_dev *dev,
unsignedint code,int value)
{
input_event(dev, EV_KEY, code,!!value);
}
从示例代码58.1.2.6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：
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)
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：
void input_sync(struct input_dev *dev)
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：
示例代码58.1.2.7 事件上报参考代码
1 /* 用于按键消抖的定时器服务函数 */
2void timer_function(unsignedlong arg)
3{
4 unsignedchar value;
5
6 value = gpio_get_value(keydesc->gpio); /* 读取IO值 */
7 if(value ==0){ /* 按下按键 */
8 /* 上报按键值 */
9 input_report_key(inputdev, KEY_0,1); /* 最后一个参数1，按下 */
10 input_sync(inputdev); /* 同步事件 */
11 }else{ /* 按键松开 */
12 input_report_key(inputdev, KEY_0,0); /* 最后一个参数0，松开 */
13 input_sync(inputdev); /* 同步事件 */
14 }
15}
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。
58.1.3 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：
示例代码58.1.3.1 input_event结构体
24struct input_event {
25 struct timeval time;
26 __u16 type;
27 __u16 code;
28 __s32 value;
29};
我们依次来看一下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：
示例代码58.1.3.2 timeval结构体
1typedeflong __kernel_long_t;
2typedef __kernel_long_t __kernel_time_t;
3typedef __kernel_long_t __kernel_suseconds_t;
4
5struct timeval {
6 __kernel_time_t tv_sec; /* 秒 */
7 __kernel_suseconds_t tv_usec; /* 微秒 */
8};
从示例代码58.1.3.2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，接下来我们就以开发板上的KEY0按键为例，讲解一下如何编写input驱动。