Linux INPUT 子系统实验
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。
一、input 子系统
1、input 子系统简
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。
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。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。
2、input 驱动编写流程
2.1、注册 input_dev
121 struct input_dev {
122 const char *name;
123 const char *phys;
124 const char *uniq;
125 struct input_id id;
126
127 unsigned long propbit[BITS_TO_LONGS(INPUT_PROP_CNT)];
128
129 unsigned long evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)]; /* 事件类型的位图 */
130 unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)]; /* 按键值的位图 */
131 unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)]; /* 相对坐标的位图 */
132 unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)]; /* 绝对坐标的位图 */
133 unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)]; /* 杂项事件的位图 */
134 unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)]; /*LED 相关的位图 */
135 unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];/* sound 有关的位图 */
136 unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)]; /* 压力反馈的位图 */
137 unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)]; /*开关状态的位图 */
......
189 bool devres_managed;
190 };
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按键值如下:
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
第 129 行,evbit表示输入事件类型,事件类型如下:
#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
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。
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_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。
2.2、上报输入事件
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:
static inline void input_report_key(struct input_dev *dev,unsigned int code, int value)
{
input_event(dev, EV_KEY, code, !!value);
}
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)
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 */
}
}
3、input_event 结构体
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,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 */
};
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。
二、按键 input 驱动程序编写
#include <linux/types.h>
#include <linux/kernel.h>
#include <linux/delay.h>
#include <linux/ide.h>
#include <linux/init.h>
#include <linux/module.h>
#include <linux/errno.h>
#include <linux/gpio.h>
#include <linux/cdev.h>
#include <linux/device.h>
#include <linux/of.h>
#include <linux/of_address.h>
#include <linux/of_gpio.h>
#include <linux/input.h>
#include <linux/semaphore.h>
#include <linux/timer.h>
#include <linux/of_irq.h>
#include <linux/irq.h>
#include <asm/mach/map.h>
#include <asm/uaccess.h>
#include <asm/io.h>
#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 */
/* @description : 中断服务函数,开启定时器,延时10ms,
* 定时器用于按键消抖。
* @param - irq : 中断号
* @param - dev_id : 设备结构。
* @return : 中断执行结果
*/
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; //将keyinputdev传入timer_function函数形参
mod_timer(&dev->timer, jiffies + msecs_to_jiffies(10)); /* 10ms定时 */
return IRQ_RETVAL(IRQ_HANDLED);
}
/* @description : 定时器服务函数,用于按键消抖,定时器到了以后
* 再次读取按键值,如果按键还是处于按下状态就表示按键有效。
* @param - arg : 设备结构变量
* @return : 无
*/
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); //设置 EV_KEY 事件以及 KEY 的按键类型,也就是 KEY 作为哪个按键?我们会在设备树里面设置指定的 KEY 作为哪个按键
/* 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;
}
/*
* @description : 驱动入口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
static int __init keyinput_init(void)
{
keyio_init();
return 0;
}
/*
* @description : 驱动出口函数
* @param : 无
* @return : 无
*/
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");
MODULE_AUTHOR("hsd");
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;
/*
* @description : main主程序
* @param - argc : argv数组元素个数
* @param - argv : 具体参数
* @return : 0 成功;其他 失败
*/
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;
}
depmod //第一次加载驱动的时候需要运行此命令
modprobe keyinput.ko //加载驱动模块
//ls /dev/input/ -l //查看多了那个设备
./keyinputApp /dev/input/event1 //运行
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