Linux input 子系统

输入设备都有共性:中断驱动+字符IO,基于分层的思想,Linux内核将这些设备的公有的部分提取出来,基于cdev提供接口,设计了输入子系统,所有使用输入子系统构建的设备都使用主设备号13,同时输入子系统也支持自动创建设备文件,这些文件采用阻塞的IO读写方式,被创建在“/dev/input/”下。如下图所示。内核中的输入子系统自底向上分为设备驱动层,输入核心层,事件处理层。由于每种输入的设备上报的事件都各有不同,所以为了应用层能够很好识别上报的事件,内核中也为应用层封装了标准的接口来描述一个事件,这些接口在“/include/upai/linux/input”中。

  • 设备驱动层是具体硬件相关的实现,也是驱动开发中主要完成的部分,
  • 输入核心层主要提供一些API供设备驱动层调用,通过这些API设备驱动层上报的数据就可以传递到事件处理层,
  • 事件处理层负责创建设备文件以及将上报的事件传递到用户空间,

具体的,这三个层次每一个层次都由一条结构体链表组成,在设备驱动层,核心结构体是input_dev;在input核心层,是input_handle;在事件处理层,是input_handler。内核通过链表和指针将三者结合到一起,最终实现了input_dev和input_handler的多对多的映射关系,这种关系可用下图简单描述:

input对象描述了一个输入设备,包括它可能上报的事件,这些事件使用位图来描述,内核提供的相应的工具帮助我们构建一个input对象,大家可以参考内核文档“Documentation/input/input-programming.txt”,里面对于input子系统的使用有详细的描述。

//input设备对象
121 struct input_dev {
122         const char *name;
129         unsigned long evbit[BITS_TO_LONGS(EV_CNT)];
130         unsigned long keybit[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)];
131         unsigned long relbit[BITS_TO_LONGS(REL_CNT)];
132         unsigned long absbit[BITS_TO_LONGS(ABS_CNT)];
133         unsigned long mscbit[BITS_TO_LONGS(MSC_CNT)];
134         unsigned long ledbit[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)];
135         unsigned long sndbit[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];
136         unsigned long ffbit[BITS_TO_LONGS(FF_CNT)];
137         unsigned long swbit[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];
155 
162         unsigned long key[BITS_TO_LONGS(KEY_CNT)];
163         unsigned long led[BITS_TO_LONGS(LED_CNT)];
164         unsigned long snd[BITS_TO_LONGS(SND_CNT)];
165         unsigned long sw[BITS_TO_LONGS(SW_CNT)];
166 
172         struct input_handle __rcu *grab;
179 
180         struct device dev;
181 
182         struct list_head        h_list;
183         struct list_head        node;
190 };

–122–> 这个name不是设备名,input子系统的设备名在子系统源码中指定的,不是这。
–129–> 设备支持的输入事件位图,EV_KEY,EV_REL, etc
–130–> 对于按键事件,设备支持的输入子事件位图
–132–> 对于相对坐标事件,设备支持的相对坐标子事件位图
–133–> 对于绝对坐标事件,设备支持的绝对坐标子事件位图
–134–> 混杂设备的支持的子事件位图
–180–>表示这是一个device。
–182–>h_list是用来链接相关handle的链表
–183–>node用来链接其他input_dev的链表

input对象分配/释放

//drivers/input/input.c
//创建一个input对象
struct input_dev *input_allocate_device(void);

//释放一个input对象
void input_free_device(struct input_dev *dev);

input对象初始化

初始化一个input对象是使用input子系统编写驱动的主要工作,内核在头文件“include/uapi/linux/input.h”中规定了一些常见输入设备的常见的输入事件,这些宏和数组就是我们初始化input对象的工具。这些宏同时用在用户空间的事件解析和驱动的事件注册,可以看作是驱动和用户空间的通信协议,所以理解其中的意义十分重要。在input子系统中,每一个事件的发生都使用事件(type)->子事件(code)->值(value)三级来描述,比如,按键事件->按键F1子事件->按键F1子事件触发的值是高电平1。注意,事件和子事件和值是相辅相成的,只有注册了事件EV_KEY,才可以注册子事件BTN_0,也只有这样做才是有意义的。
下面就是内核约定的事件类型,对应应用层的事件对象的type域

下面这些是按键子事件的类型,可以看到对PC键值的定义

除了对常用的事件进行描述,内核同样提供了工具将这些事件正确的填充到input对象中描述事件的位图中:

//第一种
//这种方式非常适合同时注册多个事件
button_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY) | BIT_MASK(EV_REL);
button_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_MOUSE)] = BIT_MASK(BTN_LEFT) |BIT_MASK(BTN_RIGHT) |BIT_MASK(BTN_MIDDLE);
//第二种
//通常用于只注册一个事件
set_bit(EV_KEY,button_dev.evbit);
set_bit(BTN_0,button_dev.keybit);

input对象注册/注销

初始化好了一个input对象,接下来就需要将其注册到内核

//注册input对象到内核
int input_register_device(struct input_dev *dev);

//从内核注销一个input对象
void input_unregister_device(struct input_dev *dev);

驱动层报告事件

在合适的时机(由于输入最终是中断表示的,所以通常在驱动的中断处理函数中)驱动可以将注册好的事件上报,且可以同时上报多个事件,下面是内核提供的API:

//上报指定的事件+子事件+值
void input_event(struct input_dev *dev,unsigned int type,unsigned int code,int value);

//上报键值
void input_report_key(struct input_dev *dev,unsigned int code,int value);

//上报绝对坐标
void input_report_abs(struct input_dev *dev,unsigned int code,int value);

//报告同步事件
void input_report_rel(struct input_dev *dev,unsigned int code,int value);

//同步所有的上报
void input_sync(struct input_dev *dev);

上报事件有2点需要注意:

  1. report函数们并不会真的上报,只是准备上报,sync才会真的将刚刚report的事件真的上报搭input核心
  2. input核心会进行裁决再上报的事件处理层,所以对于按键事件,一定要先报1再报0(或者反过来),不能只report 1或0, 这样核心会认为是一个事件被误触发了多次而只上报一次,虽然我们真的按下了多次。

应用层解析

事件处理层最终会将驱动sync一次时所有report的事件组织成一个struct input_value[]的形式上报到应用层,在应用层从相应的设备文件中获取上报的事件的时候,需要注意:

  1. 收到数组元素的数量会比底层多一个空元素,类似于写of_device_id[]时最后的空元素,这点应用层在解析的时候需要注意。
  2. 事件处理层并不会缓存收到的事件,如果有新的事件到来,即使旧的事件没有被读取,也会被覆盖,所以应用程序需要及时读取。

前文已经说过,“include/uapi/linux/input.h”中的宏是应用层和驱动层共用的通信协议,所以应用层在解析收到的struct input_value对象的时候,只需要“include <linux/input.h>”即可使用其中的宏。

/*
 * The event structure itself
 */

struct input_event {
    struct timeval time;
    __u16 type;
    __u16 code;
    __s32 value;
};

编程模板

下面的这个模板首先使用input子系统上报按键事件,然后在应用层读取。

/{
           key@26{
                      compatible = "xj4412,key";
                      interrupt-parent = <&gpx1>;
                      interrupts = <2 2>;
           };
};

应用层获取键值:

#include <linux/input.h>
struct input_event {
    struct timeval time;
    unsigned short type;
    unsigned short code;
    int value;
};
int main(int argc, char * const argv[])
{
    int fd = 0;
    struct input_event event[3] = {0};      //3!!!,驱动上传了2个事件,第三个用来装空元素 
    int ret = 0;
    fd = open(argv[1],O_RDONLY);
    while(1){
        ret = read(fd,&event,sizeof(event));
        printf("ret:%d,val0:%d,val1:%d,val12:%d\n",ret,event[0].value,event[1].value,event[2].value);          //2!!!,最后一个是空
        sleep(1);
    }
    return 0;
}
static struct input_dev *button_dev;
static int button_irq;
static int irqflags;

static irqreturn_t button_interrupt(int irq, void *dummy)
{
    input_report_key(button_dev, BTN_0, 0);
    input_report_key(button_dev, BTN_0, 1);
    input_sync(button_dev);
    return IRQ_HANDLED;
}
 
static int button_init(void)
{
    request_irq(button_irq, button_interrupt,irqflags, "button", NULL)) ;
    
    button_dev = input_allocate_device();
    button_dev->name = "button";
    button_dev->evbit[0] = BIT_MASK(EV_KEY);
    button_dev->keybit[BIT_WORD(BTN_0)] = BIT_MASK(BTN_0);
    
    input_register_device(button_dev);
    return 0;
}

static int button_exit(void)
{
    input_free_device(button_dev);
    free_irq(button_irq, button_interrupt);
    return 0;   
}
static int key_probe(struct platform_device *pdev)
{
    struct resource *irq_res;
    irq_res = platform_get_resource(pdev, IORESOURCE_IRQ, 0);
    if(irq_res){
        button_irq = irq_res->start;
        irqflags = irq_res->flags & IRQF_TRIGGER_MASK;
    }else{
        return -EINVAL;     
    }
    return button_init();
}

static int key_remove(struct platform_device *dev)
{
    return button_exit();
}

struct of_device_id of_tbl[] = {
    {.compatible = "xj4412,key",},
    {},
};
MODULE_DEVICE_TABLE(of, of_tbl);
struct platform_driver key_drv = {
    .probe = key_probe,
    .remove = key_remove,
    .driver.name = "keydrv",
    .driver.of_match_table = of_tbl,
};
module_platform_driver_register(key_drv);
MODULE_LICENSE("GPL");

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