Linux INPUT 子系统简介与编写流程

太过爱你忘了你带给我的痛 2022-10-19 12:41 208阅读 0赞

### Linux INPUT 子系统简介与编写流程 ###

*  1、input简介
 *  2、生成的input驱动文件
 *  3、input\_dev 结构体
 *  4、input 驱动编写流程
 *   *  4.1、申请 input\_dev
     *  4.2、初始化 input\_dev 的事件类型以及事件值
     *  4.3、注册到Linux内核
     *  4.4、释放input\_dev
     *  4.5、注销 input设备
     *  4.6、input\_dev 注册过程示例代码
 *  5、上报输入事件
 *   *  5.1、input\_event 结构体
     *  5.2、上报流程

# 1、input简介 #

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。

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 子系统框架如下图 所示：

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70]  
**硬件输入设备**：比如按键、 USB 键盘/鼠标等

**驱动层**：将底层的硬件输入转化为统一事件形式，向输入核心（Input Core）汇报。

**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**：主要是和用户空间交互。（Linux中在用户空间将所有的设备都当初文件来处理，由于在一般的驱动程序中都有提供fops接口，以及在/dev下会生成相应的设备文件nod，这些操作在输入子系统中由事件处理层完成）。

实现设备驱动核心工作是：向系统报告按键等输入事件（event，通过input\_event结构描述）

# 2、生成的input驱动文件 #

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：

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;
    }

其中的**class\_register**函数会注册一个 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，如下图 所示：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]

另外**register\_chrdev\_region**函数会注册一个字符设备，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。

# 3、input\_dev 结构体 #

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)：

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 */
    
    	unsigned int hint_events_per_packet;
    
    	unsigned int keycodemax;
    	unsigned int keycodesize;
    	void *keycode;
    
    	int (*setkeycode)(struct input_dev *dev,
    			  const struct input_keymap_entry *ke,
    			  unsigned int *old_keycode);
    	int (*getkeycode)(struct input_dev *dev,
    			  struct input_keymap_entry *ke);
    
    	struct ff_device *ff;
    
    	unsigned int repeat_key;
    	struct timer_list timer;
    
    	int rep[REP_CNT];
    
    	struct input_mt *mt;
    
    	struct input_absinfo *absinfo;
    
    	unsigned long key[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)];
    	unsigned long led[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)];
    	unsigned long snd[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];
    	unsigned long sw[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];
    
    	int (*open)(struct input_dev *dev);
    	void (*close)(struct input_dev *dev);
    	int (*flush)(struct input_dev *dev, struct file *file);
    	int (*event)(struct input_dev *dev, unsigned int type, unsigned int code, int value);
    
    	struct input_handle __rcu *grab;
    
    	spinlock_t event_lock;
    	struct mutex mutex;
    
    	unsigned int users;
    	bool going_away;
    
    	struct device dev;
    
    	struct list_head	h_list;
    	struct list_head	node;
    
    	unsigned int num_vals;
    	unsigned int max_vals;
    	struct input_value *vals;
    
    	bool devres_managed;
    };

在这其中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，事件类型如下：

/* * Event types */
    #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 */

# 4、input 驱动编写流程 #

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。

## 4.1、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，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。

## 4.2、初始化 input\_dev 的事件类型以及事件值 ##

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。

**①：设置 input\_dev 名字**  
形如：

inputdev->name = "test_inputdev";

**②：初始化事件类型(evbit)和事件值(keybit)**  
形如：

/*********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);
    /************************************************/

## 4.3、注册到Linux内核 ##

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

## 4.4、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， 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。

## 4.5、注销 input设备 ##

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。

## 4.6、input\_dev 注册过程示例代码 ##

input\_dev 注册过程示例代码如下所示：

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 */
    }

# 5、上报输入事件 #

## 5.1、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：

/* * The event structure itself */
    
    struct input_event { 
    	struct timeval time;
    	__u16 type;
    	__u16 code;
    	__s32 value;
    };

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：

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

**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。

## 5.2、上报流程 ##

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.

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)
    static inline void input_report_key(struct input_dev *dev,unsigned int code, int value)
    void input_mt_sync(struct input_dev *dev)

函数参数和返回值含义如下：

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>参数</th> 
   <th>含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>dev</td> 
   <td>需要上报的 input_dev。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>type</td> 
   <td>上报的事件类型，比如 EV_KEY。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>code</td> 
   <td>事件码，也就是我们注册的按键值，比如 KEY_0、 KEY_1 等等。</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>value</td> 
   <td>事件值，比如 1 表示按键按下， 0 表示按键松开。</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

**返回值**： 无。

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：

/* 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 */
    	}
    }

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3dlaXhpbl80NTMwOTkxNg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20221005/76a0bfeebe31459ea427df8f15d830a2.png
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