input子系统
一、input子系统
1.1 input子系统简介
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子系统框架如下图示
可见在 Linux 内核空间，分为驱动层、核心层和事件层。编写驱动程序的时候只需要关注这三个层，这三个层的分工如下
- 驱动层：输入设备的具体驱动程序，向核心层报告输入内容
- 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
1.2 input 驱动编写流程
input 核心层会向 Linux 内核注册一个字符设备，drivers/input/input.c 这个文件就是 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,
};
......
......
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;
}
从以上代码可以看出，核心层向内核注册了一个 input 类（在/sys/class下），并且注册了一个主设备号为 INPUT_MAJOR（13）的字符设备。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就不需要去注册字符设备了，只需要向系统注册一个 input_device 即可
- 注册 input_dev：使用 input 子系统时，需要注册一个 input 设备，由 input_dev 结构体表示
/***** input_dev 结构体定义 *****/
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;
};
/***** input_dev 结构体中的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。比如要使用
按键，那么久需要注册EV_KEY事件，若要连按功能，还需要注册EV_REP事件 ***/
#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 */
/***** input_dev 结构体中的keybit、 relbit 等都是存放不同事件对应
的值。比如要使用按键事件，因此要用到keybit按键值位图，其按键值定义
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
注册 input 设备之前，先要申请 input_dev 结构体变量
注销 input 设备之后，需要释放 input_dev 结构体变量
/* 申请 input_dev 结构体变量 */
struct input_dev *input_allocate_device(void)
//返回值：申请到的input_dev
/* 释放 input_dev 结构体变量 */
void input_free_device(struct input_dev *dev)
//dev：需要释放的input_dev
注册 input 设备和注销 input 设备，使用如下函数
/* 注册 input_dev */
int input_register_device(struct input_dev *dev)
//dev：要注册的input_dev
//返回值：0，注册成功；负值，注册失败
/* 注销 input_dev */
void input_unregister_device(struct input_dev *dev)
//dev：要注销的 input_dev
综上所述， input_dev 注册过程如下
– 函数申请一个 input_dev 结构体变量
– 初始化 input_dev 的事件类型及事件值
– 向 Linux 内核注册上面初始化好的 input_dev
– 卸载时，先注销 input_dev，再释放 input_dev 结构体变量
/* input_dev 注册流程示例代码 */
struct input_dev *inputdev; /* input 结构体变量 */
/* 驱动入口函数 */
static int __init xxx_init(void) {
......
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); /* 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 */
}
- 上报输入事件：获取输入事件及输入值，并上报给Linux内核。上报函数 input_event 原型如下
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
input_event 函数可以上报所有的事件类型和事件值，内核也提供了其他针对具体事件的上报函数，不过本质上还是input_event 函数
/* 上报按键所使用的 input_report_key 函数 */
static inline void input_report_key(struct input_dev *dev,
unsigned int code,
int value){
input_event(dev, EV_KEY, code, !!value);
}
/* 其他事件上报函数 */
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)
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
void input_sync(struct input_dev *dev)
//dev：需要上报同步事件的 input_dev
综上所述，事件上报得过程如下（以按键上报为例）
/* 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
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
}
}
- input_event结构体：Linux 内核使用该结构体来表示所有的输入事件，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
/* input_envent 结构体定义在include/uapi/linux/input.h 文件中 */
struct input_event {
struct timeval time;
__u16 type;
__u16 code;
__s32 value;
};
//time：时间，也就是此事件发生的时间，为 timeval 结构体类型
//type：事件类型，比如EV_KEY，表示此次事件为按键事件
//code：事件码，比如在EV_KEY事件中就表示具体的按键码，KEY_0/KEY_1等按键
//value：值，比如EV_KEY事件中就表示按键值，表示按键有没有被按下
二、input子系统驱动实验
本实验以IMX6ULL开发板上的 KEY0 按键为例，介绍如何编写 input 驱动
2.1 修改设备树
- 添加pinctrl节点：在iomuxc节点的imx6ul-evk子节点下创建“pinctrl_key”节点，复用UART1_CTS_B
pinctrl_key: keygrp {
fsl,pins = <
MX6UL_PAD_UART1_CTS_B__GPIO1_IO18 0xF080
>;
};
//MX6UL_PAD_UART1_CTS_B__GPIO1_IO18 用于设置pin的复用功能
//0xF080 用于设置pin的电气特性
- 添加KEY设备节点：在根节点下创建KEY设备节点，设置PIN对应的pinctrl节点，指定所使用的的GPIO
key {
#address-cells = <1>;
#size-cells = <1>;
compatible = "alpha-key";
pinctrl-names = "default";
pinctrl-0 = <&pinctrl_key>;
key-gpio = <&gpio1 18 GPIO_ACTIVE_LOW>;
status = "okay";
};
- 检查PIN是否冲突：检查pinctrl中设置以及设备节点中指定的引脚有没有被别的外设使用
保存修改后，在kernel主目录下使用“make dtbs”命令编译设备树，使用新的设备树文件启动Llinux系统
2.2 驱动程序编写
新建 keyinput.c 驱动文件，并输入如下内容
#define KEYINPUT_CNT 1 /* 设备号个数 */
#define KEYINPUT_NAME "keyinput" /* 名字 */
#define KEY0VALUE 0X01 /* KEY0按键值 */
#define INVAKEY 0XFF /* 无效的按键值 */
#define KEY_NUM 1 /* 按键数量 */
/* 中断IO描述结构体 */
struct irq_keydesc {
int gpio; /* gpio */
int irqnum; /* 中断号 */
unsigned char value; /* 按键对应的键值 */
char name[10]; /* 名字 */
irqreturn_t (*handler)(int, void *); /* 中断服务函数 */
};
/* keyinput设备结构体 */
struct keyinput_dev{
dev_t devid; /* 设备号 */
struct cdev cdev; /* cdev */
struct class *class; /* 类 */
struct device *device; /* 设备 */
struct device_node *nd; /* 设备节点 */
struct timer_list timer; /* 定义一个定时器*/
struct irq_keydesc irqkeydesc[KEY_NUM]; /* 按键描述数组 */
unsigned char curkeynum; /* 当前的按键号 */
struct input_dev *inputdev; /* input结构体 */
};
struct keyinput_dev keyinputdev; /* key input设备 */
/*中断服务函数 */
static irqreturn_t key0_handler(int irq, void *dev_id){
struct keyinput_dev *dev = (struct keyinput_dev *)dev_id;
dev->curkeynum = 0;
dev->timer.data = (volatile long)dev_id;
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(10)); /* 10ms定时 */
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
/* 定时器服务函数，用于按键消抖 */
void timer_function(unsigned long arg){
unsigned char value;
unsigned char num;
struct irq_keydesc *keydesc;
struct keyinput_dev *dev = (struct keyinput_dev *)arg;
num = dev->curkeynum;
keydesc = &dev->irqkeydesc[num];
value = gpio_get_value(keydesc->gpio); /* 读取IO值 */
if(value == 0){ /* 按下按键 */
/* 上报按键值 */
//input_event(dev->inputdev, EV_KEY, keydesc->value, 1);
input_report_key(dev->inputdev, keydesc->value, 1);/* 最后一个参数表示按下还是松开，1为按下，0为松开 */
input_sync(dev->inputdev);
} else { /* 按键松开 */
//input_event(dev->inputdev, EV_KEY, keydesc->value, 0);
input_report_key(dev->inputdev, keydesc->value, 0);
input_sync(dev->inputdev);
}
}
/*
* @description : 按键IO初始化
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int keyio_init(void){
unsigned char i = 0;
char name[10];
int ret = 0;
keyinputdev.nd = of_find_node_by_path("/key");
if (keyinputdev.nd== NULL){
printk("key node not find!\r\n");
return -EINVAL;
}
/* 提取GPIO */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
keyinputdev.irqkeydesc[i].gpio = of_get_named_gpio(keyinputdev.nd ,"key-gpio", i);
if (keyinputdev.irqkeydesc[i].gpio < 0) {
printk("can't get key%d\r\n", i);
}
}
/* 初始化key所使用的IO，并且设置成中断模式 */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
memset(keyinputdev.irqkeydesc[i].name, 0, sizeof(name)); /* 缓冲区清零 */
sprintf(keyinputdev.irqkeydesc[i].name, "KEY%d", i); /* 组合名字 */
gpio_request(keyinputdev.irqkeydesc[i].gpio, name);
gpio_direction_input(keyinputdev.irqkeydesc[i].gpio);
keyinputdev.irqkeydesc[i].irqnum = irq_of_parse_and_map(keyinputdev.nd, i);
}
/* 申请中断 */
keyinputdev.irqkeydesc[0].handler = key0_handler;
keyinputdev.irqkeydesc[0].value = KEY_0;
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
ret = request_irq(keyinputdev.irqkeydesc[i].irqnum, keyinputdev.irqkeydesc[i].handler,
IRQF_TRIGGER_FALLING|IRQF_TRIGGER_RISING, keyinputdev.irqkeydesc[i].name, &keyinputdev);
if(ret < 0){
printk("irq %d request failed!\r\n", keyinputdev.irqkeydesc[i].irqnum);
return -EFAULT;
}
}
/* 创建定时器 */
init_timer(&keyinputdev.timer);
keyinputdev.timer.function = timer_function;
/* 申请input_dev */
keyinputdev.inputdev = input_allocate_device();
keyinputdev.inputdev->name = KEYINPUT_NAME;
#if 0
/* 初始化input_dev，设置产生哪些事件 */
__set_bit(EV_KEY, keyinputdev.inputdev->evbit); /* 设置产生按键事件 */
__set_bit(EV_REP, keyinputdev.inputdev->evbit); /* 重复事件，比如按下去不放开，就会一直输出信息 */
/* 初始化input_dev，设置产生哪些按键 */
__set_bit(KEY_0, keyinputdev.inputdev->keybit);
#endif
#if 0
keyinputdev.inputdev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_REP);
keyinputdev.inputdev->keybit[BIT_WORD(KEY_0)] |= BIT_MASK(KEY_0);
#endif
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;
}
/* 驱动入口函数 */
static int __init keyinput_init(void){
keyio_init();
return 0;
}
/* 驱动出口函数 */
static void __exit keyinput_exit(void){
unsigned int i = 0;
/* 删除定时器 */
del_timer_sync(&keyinputdev.timer); /* 删除定时器 */
/* 释放中断 */
for (i = 0; i < KEY_NUM; i++) {
free_irq(keyinputdev.irqkeydesc[i].irqnum, &keyinputdev);
}
/* 释放input_dev */
input_unregister_device(keyinputdev.inputdev);
input_free_device(keyinputdev.inputdev);
}
module_init(keyinput_init);
module_exit(keyinput_exit);
MODULE_LICENSE("GPL");
2.3 测试程序编写
新建测试文件 keyinputApp.c，并编写程序
/* 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;
}
2.4 运行测试
- 修改Makefile编译目标变量
obj-m := keyinput.o
- 使用“make -j32”编译出驱动模块文件
make -j32
- 使用“arm-linux-gnueabihf-gcc”命令编译测试APP
arm-linux-gnueabihf-gcc keyinputApp.c -o keyinputApp
- 将驱动文件和APP可执行文件拷贝至“rootfs/lib/modules/4.1.15”中
- 在加载 keyinput.ko驱动模块前，先看一下 /dev/input 目录下有哪些文件
- 使用“modprobe”命令加载驱动，加载成功后总线就会进行匹配
depmod #第一次加载驱动时，需使用“depmod”命令
modprobe keyinput.ko
- 加载成功后 /dev/input 目录下，多了一个 event1 文件，该文件就是注册的驱动对应的设备文件
- keyinputApp 通过读取 /dev/input/event1 这个文件来获取输入事件信息
./keyinputApp /dev/input/event1
